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超高速光駆動によるマイクロツールの細胞内挿入及び単一細胞温度計測

Research Project

Project/Area Number 13J03580
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Intelligent mechanics/Mechanical systems
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

早川 健  名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsナノロボット / オンチップロボット / 光ピンセット / マイクロ流体チップ / 細胞操作 / 微細作業 / 振動誘起流れ / 二光子吸収 / カーボンナノチューブ / トランスフェクション
Outline of Annual Research Achievements

本研究では,単一細胞解析を目指した,光駆動マイクロツールの細胞内挿入手法,及びその処理能力向上のためのオンチップ細胞操作手法に関する研究を行った.
まず,細胞内挿入用マイクロツールの作製を行った.マイクロツールを細胞内へ挿入するために,挿入が容易なナノ構造を持つナノマテリアルとフォトレジストによる構造を併せ持つ,ハイブリッドナノロボットを提案した.さらに,ナノマテリアルには様々な優れた特性を持つ材料が多数あるため,目的とするナノロボットに適した材料を搭載することにより,様々な機能を実現することができる.本研究では,150 nm程度の先端径を持つカーボンナノチューブ(CNT)を搭載したハイブリッドナノロボットの作製に成功した.さらに,CNTの持つ光熱変換特性に着目し,CNTにレーザー照射することにより,細胞膜に熱的に穿孔を行い,蛍光ビーズを導入することに成功した.
次に,上記ナノロボットの処理能力を向上させるための,オンチップ細胞操作手法の研究を行った.ロボットによる作業を行う際には光ピンセットによる操作が必要となるが,高倍率の対物レンズが必要となり,作業範囲が狭いため処理能力の向上に限界があった.そこで,作業エリアに細胞を搬送するためのオンチップ細胞操作法として,振動誘起流れを用いた方法を提案した.まず,マイクロピラーをチップ上に作製し,チップに円振動を印可することにより,ピラー周りに局所流れを誘起できることを確認した.これを用いて,マイクロピラーを螺旋状に配置することにより,ピラーに沿って細胞を搬送し,螺旋中心に集めることが可能となる.これにより,ナノロボットによる細胞穿孔作業が効率化されることが期待される.
本研究成果は,単一細胞解析のためのナノロボットと,オンチップ細胞操作手法を提案したものであり,これらは生物学,医学,工学等の分野で今後大きく役立つものであると考えられる.

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2015 2014 2013 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (9 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Fabrication of an On-Chip Nanorobot Integrating Functional Nanomater ials for Single-Cell Punctures2014

    • Author(s)
      Takeshi HAYAKAWA, Shota FUKADA, Fumihito ARAI
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Robotics

      Volume: 30 Issue: 1 Pages: 59-67

    • DOI

      10.1109/tro.2013.2284402

    • Related Report
      2014 Annual Research Report 2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A single cell extraction chip using vibration-induced whirling flow and a, thermo-responsive gel pattern2014

    • Author(s)
      Takeshi Hayakawa, Shinya Sakuma, Takeshi Fukuhara, Yoshiyuki Yokoyama and Fumihito Arai
    • Journal Title

      Micromachines

      Volume: 5 Issue: 3 Pages: 681-696

    • DOI

      10.3390/mi5030681

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Cell Manipulation Method Based on Vibration-Inudced Local Flow Control in Open Chip Environment2015

    • Author(s)
      Takeshi Hayakawa, Shinya Sakuma, Fumihito Arai
    • Organizer
      The 28th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS2015)
    • Place of Presentation
      Estoril Portugal
    • Year and Date
      2015-01-18 – 2015-01-22
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] On-Chip Cell Manipulation by Vibration Induced Whirling Flow2014

    • Author(s)
      Takeshi Hayakawa, Shinya Sakuma, Fumihito Arai
    • Organizer
      25th 2014 International Symposium on Micro-Nano Mechatronics and Human Science (MHS2014)
    • Place of Presentation
      Nagoya Japan
    • Year and Date
      2014-11-09 – 2014-11-12
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 振動誘起流れを用いた細胞のオンチップ搬送・回転制御2014

    • Author(s)
      早川 健,佐久間 臣耶,新井 史人
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第30回研究会
    • Place of Presentation
      北海道札幌市
    • Year and Date
      2014-10-02 – 2014-10-03
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 振動誘起流れを用いたオンチップ細胞操作2014

    • Author(s)
      早川 健,佐久間 臣耶,新井 史人
    • Organizer
      第32回日本ロボット学会学術講演会
    • Place of Presentation
      福岡県福岡市
    • Year and Date
      2014-09-04 – 2014-09-06
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] バイオレジストを用いた単一細胞分離デバイス2014

    • Author(s)
      早川 健,福原 武志,横山 義之,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2014
    • Place of Presentation
      石川県富山市
    • Year and Date
      2014-05-25 – 2014-05-29
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 機能性ナノマテリアルを搭載した3次元光駆動ハイブリッドナノロボット2013

    • Author(s)
      早川 健, 新井史人
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第28回研究会
    • Place of Presentation
      兵庫県姫路市イーグレ姫路
    • Year and Date
      2013-12-05
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Fabrication and Manipulation of 3D Hybrid Nanorobot For Single Cell Puncture2013

    • Author(s)
      Takeshi Hayakawa, Fumihito Arai
    • Organizer
      24th 2013 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
    • Place of Presentation
      Nagoya University, Nagoya JAPAN
    • Year and Date
      2013-11-11
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] SINGLE CELL PUNCTURE WITH OPTICALLY MANIPULATED HYBR ID NANOROBOT2013

    • Author(s)
      Takeshi Hayakawa, Fumihito Arai
    • Organizer
      The 17th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2013)
    • Place of Presentation
      Messe Freiburg, Freiburg GERMANY
    • Year and Date
      2013-10-29
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] ナノプローブを有するナノロボットの3次元光創製2013

    • Author(s)
      早川 健, 深田翔太, 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
      茨城県つくば市 つくば国際会議場
    • Year and Date
      2013-05-23
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.biorobotics.mech.nagoya-u.ac.jp/member/profile/student/hayakawa/Hayakawa.html

    • Related Report
      2014 Annual Research Report

URL: 

Published: 2014-01-29   Modified: 2024-03-26  

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