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超高感度レドックスセンサアレイによる発電微生物の探索

Research Project

Project/Area Number 16K05807
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Analytical chemistry
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

横川 雅俊  筑波大学, 数理物質系, 助教 (50447885)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Discontinued (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2016: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords微生物 / BioMEMS / バイオセンサ / 表面増強ラマン散乱 / マイクロ・ナノデバイス / 光物性 / バイオマス
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、単一微生物の挙動を迅速かつ高感度で分析することを目的に、微小流体技術、微小空間における細胞培養技術、微量液滴中の高感度センシング技術を新規に開発する。具体的には、1,000,000個を越えるpLオーダーの微小細胞培養空間を作成し、活性汚泥中に含まれる微生物の活性及び各種シグナル物質や抗生物質の与える影響を網羅的に評価し、有用微生物の探索システムの構築を試みた。
まず、センシングで用いる金属ナノギャップ型光アンテナ(ONA)を作製した。シード法により金ナノロッドを合成し、これを金-チオール反応を利用した化学修飾を介して互いに連結することでONA構造を作製した。ONAは、単独の金ナノロッドと比して100倍以上強いラマンシグナルを示し、単一ONAからのシグナルを容易に検出することが出来た。また、このONAは還元的雰囲気下において構造が崩壊し、その結果としてラマンシグナルが著しく減少するため、発電細菌特異的な高感度センサとして利用可能であることが確認された。
続いて微生物の単離および培養の場として、マイクロゲルカプセル(MGC)を開発した。MGCは、微生物の増殖に必要となるタンパク質や低分子化合物などに対しては高い透過性を示すが、微生物は通さないゲル薄膜で覆われた中空構造を持つ。これにより、単一の微生物を隔離し他の微生物等と混ざり合わない状態で培養することが可能となった。この微小なカプセル内において微生物が単一コロニーを形成することから、セルソーターを用い一括して分光学的に分析することができ、増殖の見られたカプセルのみを選択的に分取することも出来た。最後に、ONAとともに得られた微生物内包MGCをチャンバーアレイデバイスへと導入し、顕微ラマンシステム下において、微生物の分光学的特性を一括して分析するシステムを構築し、初期データを得ることが出来た。

Report

(3 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2017 2016

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results)

  • [Journal Article] Microfluidic device coupled with a microfabricated oxygen electrode for the measurement of bactericidal activity of neutrophil-like cells.2017

    • Author(s)
      Yamagishi A, Tanabe K, Yokokawa M, Morimoto Y, Kinoshita M, Suzuki H
    • Journal Title

      Anal Chim Acta.

      Volume: 985 Pages: 1-6

    • DOI

      10.1016/j.aca.2017.07.049

    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Versatile and Rapidly Deployable Device to Enable Spatiotemporal Observations of the Sessile Microbes and Environmental Surfaces2017

    • Author(s)
      Kiyokawa T, Usuba R, Obana N, Yokokawa M, Toyofuku M, Suzuki H, Nomura N
    • Journal Title

      Microbes and Environments

      Volume: 32 Issue: 1 Pages: 88-91

    • DOI

      10.1264/jsme2.ME16161

    • NAID

      130005519591

    • ISSN
      1342-6311, 1347-4405
    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 微小流体デバイスとライトシート蛍光顕微鏡の統合2017

    • Author(s)
      島宗悠太朗,ウタダ・アンドリュー・シンイチ,野中茂樹,野村暢彦,鈴木博章,横川雅俊
    • Organizer
      日本顕微鏡学会 第73回学術講演会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター・北海道・札幌市
    • Year and Date
      2017-05-30
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 微小培養環境システムを用いたバイオフィルム解析チップの開発2017

    • Author(s)
      伏木 蒼太郎, 茂木 亮介, 佐々文洋, 野村暢彦, 鈴木博章, 横川雅俊
    • Organizer
      日本農芸化学会2017年度大会
    • Place of Presentation
      京都女子大学・京都府・京都市
    • Year and Date
      2017-03-17
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] ハイスループット微生物分析のためのハイドロゲルカプセルの作製と評価2017

    • Author(s)
      伏木蒼太郎、茂木亮介、野村暢彦、鈴木博章、横川雅俊
    • Organizer
      第67回高分子討論会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] ハイスループット微生物分析のためのマイクロシステムの開発2017

    • Author(s)
      伏木蒼太郎、茂木亮介、野村暢彦、鈴木博章、横川雅俊
    • Organizer
      2017年度生命科学系学会合同年次大会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] バイオフィルム解析のためのマイクロデバイスの開発2016

    • Author(s)
      伏木 蒼太郎, 茂木 亮介, 佐々文洋, 野村暢彦, 鈴木博章, 横川雅俊
    • Organizer
      第八回「光塾」
    • Place of Presentation
      東京工業大学・神奈川県・横浜市
    • Year and Date
      2016-12-17
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] バイオフィルムにおける細胞間相互作用解析のための分離・培養システム2016

    • Author(s)
      伏木 蒼太郎, 茂木 亮介, 佐々文洋, 野村暢彦, 鈴木博章, 横川雅俊
    • Organizer
      第33回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • Place of Presentation
      平戸文化センター・長崎県・平戸市
    • Year and Date
      2016-10-23
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] rogrammed cellular transportation and release by intelligent self-propelled micromotors2016

    • Author(s)
      横川雅俊
    • Organizer
      第67回コロイドおよび界面化学討論会
    • Place of Presentation
      北海道教育大学旭川校・北海道・旭川市
    • Year and Date
      2016-09-22
    • Related Report
      2016 Research-status Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2019-12-27  

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