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単一細胞の超高精度・超高速連続操作のためのオンチップロボットの開発

Research Project

Project/Area Number 12J10106
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Intelligent mechanics/Mechanical systems
Research InstitutionOsaka University (2013)
Nagoya University (2012)

Principal Investigator

佐久間 臣耶  大阪大学, 大学院工学研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2012 – 2013
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2012: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsマイクロロボット / マイクロ流体チップ / ロボチップ / ハイスループット / 力学的特徴量計測 / オンチップロボティクス / 赤血球 / 卵子 / 変位縮小機構
Research Abstract

微細加工技術の発展とともに, 単一細胞・微生物の特徴量計測はバイオテクノロジー分野で大変重要になってきている. 特に, 力学的特徴量計測のためには, 細胞を単一細胞レベルで大量に操作可能な技術開発が必要である. 我々は, ハイスループット処理が可能なマイクロ流体チップ内での細胞操作に対して, ロボット技術を統合し, 搬送流路系において単一細胞の機械的連続計測を目的としている. 25年度は, 細胞の機械的特徴量計測に関して, 細胞のサイズに応じてシステム構築およびその評価を行った. 直径が数マイクロメートルの細胞として赤血球を対象とし, その変形能に着目した機械的特徴量計測システムを構築した. システムを用いて, マイクロ流路内の赤血球を, 位置決め精度±0.24マイクロメートル, 駆動周波数20ヘルツと超精密・超高速に細胞を位置決めを達成した. さらに, 構築したシステムを用いて, 赤血球の体内循環時の毛細血管通過時の疲労特性評価を目的とした赤血球疲労評価を行い, その伸展能および回復能も用いることでこれを定量的に評価する方法を提案した. 直径が数十マイクロメートル, 数百マイクロメートルの細胞に関しては, 動物細胞およびウシ・マウス卵子をそれぞれ対象として, 前年度までに構築したロボット統合型マイクロ流体チップを用いた, 画像フィードバックを用いた連続機械的特徴量計測を行った. 流路内に投入した細胞をチップ外部に配置したシリンジポンプを用いて, チップ内の計測部へと搬送した後, チップに配置したプローブにより細胞を物理操作で変形させ, 高速度カメラにて細胞の変形量および細胞の反力を計測する. これらの情報を基に細胞の力学的特徴量を計測し, 20/個のスループットで自動連続計測に成功した. 本手法は, 細胞の力学的特徴量のデータベース化だけでなく, 細胞の品質評価, 発生評価に貢献し得る.

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Report

(2 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2014 2013 2012

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (10 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Red blood cell fatigue evaluation based on the close-encountering point between extensibility and recoverability2014

    • Author(s)
      S. Sakuma, K. Kuroda, C. Tsai, W. Fukui, F. Arai and M. Kaneko
    • Journal Title

      Lab on a chip

      Volume: Vol.14(6) Issue: 6 Pages: 1135-1141

    • DOI

      10.1039/c3lc51003d

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A new dimensionless indexfor evaluating cell stiffness-based deformability in microchannel2014

    • Author(s)
      C. Tsai, S. Sakuma, F. Arai and M. Kaneko
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Biomedical Engineering

      Volume: Vol.61(4) Issue: 4 Pages: 1187-1195

    • DOI

      10.1109/tbme.2013.2296624

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cellular force measurement using a nanometric-probe-integrated microfluidic chip with a displacement reduction mechanism2013

    • Author(s)
      S. Sakuma and F. Arai
    • Journal Title

      Journal of Robotics and Mechatronics

      Volume: Vol.25(2) Pages: 277-284

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fabrication of nanopillar micropatterns by hybrid mask lithography for surface-directed liquid flow2013

    • Author(s)
      S. Sakuma, M. Sugita and F. Arai
    • Journal Title

      Micromachines

      Volume: Vol.4(2) Issue: 2 Pages: 232-242

    • DOI

      10.3390/mi4020232

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cellular Force Measurement Using a Nanometric-Probe-Integrated Microfluidic Chip with a Displacement Reduction Mechanism2013

    • Author(s)
      Shinya Sakuma, Fumihito Arai
    • Journal Title

      Journal of Robotics and Mechatronics

      Volume: Vol.25,No.2 Pages: 277-284

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  • [Presentation] Realization of 240 nanometer resolution of cell positioning by a virtualflow reduction mechanism2014

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      S. Sakuma, K. Kuroda, M. Kaneko and F. Arai
    • Organizer
      27th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS2014)
    • Place of Presentation
      San Francisco, USA
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    • Author(s)
      門澤拓海, 蔡佳宏, 佐久間臣耶, 新井史人, 金子真
    • Organizer
      第14回 計測自動制御学会 システムインテグレーション部門講演会 SI2013
    • Place of Presentation
      神戸, 日本
    • Year and Date
      2013-12-19
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    • Author(s)
      黒田圭介, 福井航, 金子真, 佐久間臣耶, 新井史人
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2013
    • Place of Presentation
      つくば, 日本
    • Year and Date
      2013-05-13
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  • [Presentation] Stable cellular force measurement by on-chip robotic probe using surfac e-directed liquid flow2013

    • Author(s)
      S. Sakuma, M. Sugita and F. Arai
    • Organizer
      17th Int. Conf. on the Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers2013)
    • Place of Presentation
      Barcelona, SPAIN
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  • [Presentation] A new index of cell fatigue under reciprocative stress test2013

    • Author(s)
      K. Kuroda, W. Fukui, M. Kaneko, S. Sakuma and F. Arai
    • Organizer
      17th Int. Conf. on Miniaturized System for Chemistry and Life Sciences (micro-TAS)
    • Place of Presentation
      Freiburg, GERMANY
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  • [Presentation] Cell vibro-deformability2013

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      S. Sakuma, K. Kuroda, F. Arai and M. Kaneko
    • Organizer
      17th Int. Conf. on Miniaturized System for Chemistry and Life Sciences (micro-TMS)
    • Place of Presentation
      Freiburg, GERMANY
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  • [Presentation] High throughput mechanical characterization of oocyte using robot integrated microfluidic chip2013

    • Author(s)
      S. Sakuma, T. Bilal and F. Arai
    • Organizer
      2013 IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems (IROS2013)
    • Place of Presentation
      Tokyo, JAPAN
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  • [Presentation] OCIAN; on-chip impedance analyzer formeasurement of cellular mechanical parameters2012

    • Author(s)
      S. Sakuma and F. Arai
    • Organizer
      the 2012 IEEE Int. Symp. on Micro-Nano Mechatronicics and Human Science (MHS2012)
    • Place of Presentation
      Nagoya, Japan
    • Year and Date
      2012-11-06
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Cellular mechanical impedance measurement by robot integrated microfluidic chip with width tunable microchannel2012

    • Author(s)
      S. Sakuma and F. Arai
    • Organizer
      16th Int. Conf. on Miniaturized Syatem for Chemistry and Life Sciences (micro-TAS 2012)
    • Place of Presentation
      Okinawa, Japan
    • Year and Date
      2012-10-29
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] ハイパワー・超精密オンチップロボットによる細胞の力計測2012

    • Author(s)
      佐久間臣耶, 新井史人
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2012
    • Place of Presentation
      浜松
    • Year and Date
      2012-05-29
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  • [Book] オンチップロボティクスによる高速・高精度細胞操作2013

    • Author(s)
      佐久間臣耶, 金子真, 新井史人
    • Total Pages
      4
    • Publisher
      化学とマイクロ・ナノシステム学会誌 vol. 12 (2)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report

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Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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