Electronics Inspired Bacterial Ethology

• Project/Area Number: 15H03992
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Electron device/Electronic equipment
• Research Institution: Toyohashi University of Technology
• Principal Investigator: Ishii Hiromu 豊橋技術科学大学, リーディング大学院教育推進機構, 特任教授 (20506175)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 齋藤 光正 産業医科大学, 医学部, 教授 (00315087) ; 町田 克之 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任教授 (90597676)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥16,380,000 (Direct Cost: ¥12,600,000、Indirect Cost: ¥3,780,000); Fiscal Year 2018: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2017: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2016: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2015: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
• Keywords: MEMS / 細菌 / レジオネラ / フォトゲート / 蛍光 / 反応速度定数 / ストレス応答 / 集積化MEMS / レジオネラ属菌 / バイオMEMS / 生物化学 / バイオ関連機器 / 行動学

Outline of Final Research Achievements

We observed stress responses of bacteria using integrated MEMS technology to know the behavior of bacteria in the human cells or under sunlight. We found a new fluorescent material production of Legionella as a stress response to ultraviolet light irradiation and movement restriction in micro spaces of microfluidic chips. We succeeded in detecting the fluorescence from Legionella by using photogate-type optical sensor. This result paved the way to the realization of a bacterial sensor chip.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ヒトの細胞内や自然界で病原細菌がどのような挙動を示すかを、マイクロマシンの技術を用いて調べた。ターゲットとしたのは温泉やクーリングタワーに生息するレジオネラ菌である。この細菌は紫外線照射を受けたり、狭い場所に閉じ込められると蛍光を発する物質を作り出すことがわかった。この物質の蛍光を指標として、LSI技術を用いた光センサでレジオネラ菌を検出することに成功した。これによって、将来、細菌を培養することなく様々な場所で細菌検査ができる小型チップが作製できることを実証した。

Research Products

• [Journal Article] 蛍光センサによる細菌識別に向けたレジオネラ属菌の発光特性の検討 (2018)
  • Author(s): 田中佐和子，澤田和明，石井仁，町田克之，二階堂靖彦，齋藤光正
  • Journal Title: 電子情報通信学会技術研究報告 Volume: 118 (No. 175, ED2018-22) Pages: 5-8
• [Journal Article] Detection of Bacterial Fluorescence by the Combination of MEMS Microfluidic Chip and Si Photodetector toward On-chip Biological Sensing (2017)
  • Author(s): S. Onishi, C. Y. Joon, M. Ishida, K. Sawada, H. Ishii, K. Machida, K. Masu, Y. Nikaido, M. Saito, and S. Yoshida
  • Journal Title: ECS Transactions Volume: 80 Pages: 157-164
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Observation of Stress Responses of Bacteria Confined in a MEMS Microfluidic Chip (2015)
  • Author(s): Y. Nishimura, M. Ishida, K. Sawada, H. Ishii, K. Machida, K. Masu, C. Wang, K. Iida, M. Saito, and S. Yoshida
  • Journal Title: ECS Trans. (Invited Review) Volume: 69 Pages: 259-267
• [Presentation] レジオネラ属菌の蛍光強度の励起光強度依存性 (2019)
  • Author(s): 田中 佐和子, 崔 容俊, 石田 誠, 澤田 和明, 石井 仁, 町田 克之, 二階堂 靖彦, 齋藤 光正, 吉田 眞一
  • Organizer: 2019年第66回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] Bacterial identification by using photogate-type optical sensor (2019)
  • Author(s): Hiromu Ishii, Sawako Tanaka, Makoto Ishida, Kazuaki Sawada, Katsuyuki Machida, Yasuhiko Nikaido, Mitsumasa Saito, Shin-ichi Yoshida
  • Organizer: 236th The Electrochemical Society Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Chemical Kinetic Analysis for Temporal Variation of Fluorescence from Legionella (2018)
  • Author(s): S. Tanaka, S. Onishi, M. Ishida, K. Sawada, H. Ishii, K. Machida, Y. Nikaido, M. Saito, and S. Yoshida
  • Organizer: 2nd Taiwan-Japan Joint Symp., Nano-engineering and Micro-system Technology Taiwan
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] フォトゲート型蛍光センサによるレジオネラ属菌の識別可能性の検討 (2018)
  • Author(s): 田中 佐和子, 大西 脩平, 石田 誠, 澤田 和明, 石井 仁, 町田 克之, 二階堂 靖彦, 齋藤 光正, 吉田 眞一
  • Organizer: 第10回集積化MEMSシンポジウム
• [Presentation] レジオネラ属菌の赤色蛍光の励起光照射時間依存性の検討 (2018)
  • Author(s): 田中 佐和子, 大西脩平, 石田 誠, 澤田 和明, 石井 仁, 町田 克之, 二階堂 靖彦, 齋藤 光正, 吉田 眞一
  • Organizer: 2018年第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] レジオネラ属菌の蛍光の励起光照射時間依存性の反応化学的解析 (2018)
  • Author(s): 田中佐和子，大西脩平，石田誠，澤田和明，石井仁， 町田克之，益一哉，二階堂靖彦，齋藤光正，吉田眞一
  • Organizer: 2018年 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] ビーズを用いたPDMS製細菌捕獲チップの検討Ⅴ -フィルタフリー蛍光センサの適用- (2017)
  • Author(s): 大西脩平, 崔容俊, 石田誠, 澤田和明, 石井仁, 町田克之, 益一哉, 二階堂靖彦, 齋藤光正, 吉田眞一
  • Organizer: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2017-03-14
• [Presentation] ビーズを用いたPDMS製細菌捕獲チップの検討Ⅴ- レジオネラ蛍光の減衰過程の解析 - (2017)
  • Author(s): 大西脩平, 崔容俊, 石田誠，澤田和明，石井仁， 町田克之，益一哉，二階堂靖彦，齋藤光正，吉田眞一
  • Organizer: 2017年 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] Detection of Bacterial Fluorescence by the Combination of MEMS Microfluidic Chip and Si Photodetector toward On-chip Biological Sensing (2017)
  • Author(s): S. Onishi, C. Y. Joon, M. Ishida, K. Sawada, H. Ishii, K. Machida, K. Masu, Y. Nikaido, M. Saito, and S. Yoshida
  • Organizer: 232nd The Electrochemical Society Fall Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] フォトゲート型蛍光センサを用いたレジオネラの蛍光観測 (2017)
  • Author(s): 大西脩平, 崔容俊, 石田誠，澤田和明，石井仁， 町田克之，益一哉，二階堂靖彦，齋藤光正，吉田眞一
  • Organizer: 第９回集積化MEMSシンポジウム
• [Presentation] マイクロ流路チップを用いたレジオネラ・ニューモフィラとレジオネラ・デュモフィのストレス応答の観測 (2016)
  • Author(s): 大西脩平，西村祐典，石田誠，澤田和明，石井仁，町田克之，益一哉，王常楽，飯田健一郎，齋藤光正，吉田 眞一
  • Organizer: 第8回応用物理学会集積化MEMS シンポジウム
  • Place of Presentation: 平戸
  • Year and Date: 2016-10-24
• [Presentation] Comparison of Bacterial Stress Responses between Legionella pneumophila and Legionella dumoffii Trapped in a MEMS Microfluidic Chip (2016)
  • Author(s): Y. Nishimura, S. Onishi, M. Ishid, K. Sawada, H. Ishii, K. Machida, K. Masu, C. Wang, K. Iida, M. Saito, S. Yoshida
  • Organizer: Asia-Pacific Conference of Transducers and Micro-Nano Technology 2016
  • Place of Presentation: 金沢
  • Year and Date: 2016-06-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Stress Responses of Bacteria, Legionella, Confined in MEMS Microfluidic Chip (2015)
  • Author(s): Y. Nishimura, M. Ishida, K. Sawada, H. Ishii, K. Machida, K. Masu, C. Wang, K. Iida, M. Saito, and S. Yoshida
  • Organizer: 9th Int’l Symp. on Nanomedicine (ISNM2015)
  • Place of Presentation: 津
  • Year and Date: 2015-12-11
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] マイクロ流路内でのレジオネラ属菌のストレス応答 (2015)
  • Author(s): 西村祐典，石田誠，澤田和明，石井仁， 町田克之，益一哉， 王常楽，飯田健一郎，齋藤光正，吉田眞一
  • Organizer: 集積化MEMSシンポジウム
  • Place of Presentation: 新潟
  • Year and Date: 2015-10-30
• [Presentation] Observation of Stress Responses of Bacteria Confined in a MEMS Microfluidic Chip (2015)
  • Author(s): Y. Nishimura, M. Ishida, K. Sawada, H. Ishii, K. Machida, K. Masu, C. Wang, K. Iida, M. Saito, and S. Yoshida
  • Organizer: The 228th Electrochemical Society Fall Meeting
  • Place of Presentation: Phoenix、USA
  • Year and Date: 2015-10-14
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ビーズを用いたPDMS製細菌捕獲チップの検討Ⅳ – 紫外光照射によるレジオネラの光応答の観測 - (2015)
  • Author(s): 西村祐典，石田誠，澤田和明，石井仁， 町田克之，益一哉， 王常楽，飯田健一郎，齋藤光正，吉田眞一
  • Organizer: 応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2015-09-14
• [Presentation] マイクロ流路内でのレジオネラ属菌のストレス応答 (2015)
  • Author(s): 西村祐典，石田誠，澤田和明，石井仁， 町田克之，益一哉， 王常楽，飯田健一郎，齋藤光正，吉田眞一
  • Organizer: 電気学会E部門総合研究会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2015-07-02