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Development of comprehensive single-cell analysis using integrated nano-channels

Research Project

Project/Area Number 19H02574
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 28050:Nano/micro-systems-related
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

Arima Akihide  名古屋大学, 未来社会創造機構, 特任講師 (20781347)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 筒井 真楠  大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (50546596)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2019: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000)
Keywordsマイクロポア / イオン電流 / 1細胞解析 / ナノポア / 1細胞解析 / ナノチャネル / 1細胞
Outline of Research at the Start

本研究では、単一細胞を捕捉・破砕可能なナノ構造を有し、破砕により抽出された細胞内包粒子を、1粒子レベルで電気的に検出可能な機能性ナノチャネル構造を創製する。また、当該粒子の検出で得られる電気的シグナルについて、形状における多数の特徴量を利用することで粒子種の高精度識別を行い、1細胞とその内容物を対応させた網羅的な解析法を創成する。

Outline of Final Research Achievements

In this study, it was demonstrated that cellular condition can be evaluated at a single-cell level through combining electrical trapping of a cell into an ultra-thin micropore and cross-membrane ionic current measurement. In addition, we found that this current decreasing due to the trapping was relaxed by ion transports through ion channels of a cell. Moreover, single-cell breakage was achieved by electrical dragging to a pore modified with functional polymers.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により、単純な細孔への電気的捕捉によって1細胞の状態が非破壊・非染色で簡便に評価できることが明らかになった。また細胞破砕能を付与したポアによる1細胞レベルの破砕技術は内包粒子の抽出へと繋がるため、今後ポア集積構造へと発展させることで、内包粒子の解析に基づく網羅的な評価が可能なシステムとして機能すると考えられる。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 4 results) Book (3 results)

  • [Journal Article] デジタル・トランスフォーメーションで変わる医療:ナノバイオデバイス、量子科学技術とAIが拓く未来医療2021

    • Author(s)
      有馬彰秀、馬場嘉信
    • Journal Title

      Pharm Tech. Japan

      Volume: 37 Pages: 85-90

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Journal Article] Detecting Single Molecule Deoxyribonucleic Acid in a Cell Using a Three‐Dimensionally Integrated Nanopore2021

    • Author(s)
      Tsutsui Makusu、Yokota Kazumichi、Arima Akihide、Washio Takashi、Baba Yoshinobu、Kawai Tomoji
    • Journal Title

      Small Methods

      Volume: 5 Issue: 9 Pages: 2100542-2100542

    • DOI

      10.1002/smtd.202100542

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      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Solid-State Nanopore Platform Integrated with Machine Learning for Digital Diagnosis of Virus Infection2021

    • Author(s)
      Akihide Arima, Makusu Tsutsui, Takashi Washio, Yoshinobu Baba, Tomoji Kawai
    • Journal Title

      Analytical Chemistry

      Volume: 93 Issue: 1 Pages: 215-227

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.0c04353

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      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Digital Pathology Platform for Respiratory Tract Infection Diagnosis via Multiplex Single-Particle Detections2020

    • Author(s)
      Akihide Arima, Makusu Tsutsui, Takeshi Yoshida, Kenji Tatematsu, Tomoko Yamazaki, Kazumichi Yokota, Shun’ichi Kuroda, Takashi Washio, Yoshinobu Baba, Tomoji Kawai
    • Journal Title

      ACS Sensors

      Volume: 5 Issue: 11 Pages: 3398-3403

    • DOI

      10.1021/acssensors.0c01564

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ナノポアデバイスによる単一生体粒子分析2020

    • Author(s)
      有馬彰秀
    • Journal Title

      化学とマイクロ・ナノシステム

      Volume: 19 Pages: 44-45

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  • [Presentation] マイクロポアデバイスを用いた顕微観察とイオン電流計測による1細胞検出2022

    • Author(s)
      有馬 彰秀, 山内 晴加, 筒井 真楠, 馬場 嘉信
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      日本化学会 第102春季年会 (2022)
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  • [Presentation] ナノバイオデバイスを用いた単一生体粒子検出2021

    • Author(s)
      有馬彰秀, 筒井真楠, 吉田剛, 横田一道, 立松健司, 山﨑智子, 黒田俊一, 谷口正輝, 鷲尾隆, 川合知二, 馬場嘉信
    • Organizer
      応用物理学会 有機分子・バイオエレクトロニクス分科会 研究会 「時代を切り拓く有機分子・バイオエレクトロニクス研究」(応用物理学会M&BE研究会)
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  • [Presentation] ナノバイオデバイスによるイオン電流計測に基づく単一粒子分析法の開拓2021

    • Author(s)
      有馬彰秀
    • Organizer
      第52回 中部化学関係学協会支部連合秋季大会
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    • Invited
  • [Presentation] マイクロポアデバイスを用いた1細胞解析に向けた基礎検討2021

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      有馬彰秀, 山内晴加, 筒井真楠, 安井隆雄, 湯川博, 嶋田泰佑, 小野島大介, 馬場嘉信
    • Organizer
      日本分析化学会第70年会
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  • [Presentation] 顕微観察とイオン電流計測による単一細胞の状態評価2021

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      山内晴加, 有馬彰秀, 安井隆雄, 嶋田泰佑, 湯川博, 小野島大介, 馬場嘉信
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      第52回 中部化学関係学協会支部連合秋季大会
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  • [Presentation] マイクロポアデバイスを用いた1細胞の電気的捕捉による状態評価2021

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      山内晴加, 有馬彰秀, 筒井真楠, 安井隆雄, 嶋田泰佑, 湯川博, 小野島大介, 馬場嘉信
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      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第44回研究会(CHEMINAS 44)
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  • [Presentation] マイクロポアデバイスを用いた1細胞の電気的捕捉による識別と分離2021

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      山内晴加, 有馬彰秀, 安井隆雄, 嶋田泰佑, 湯川博, 小野島大介, 馬場嘉信
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
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  • [Presentation] マイクロポアデバイスを用いたイオン電流計測に基づく単一細胞の特性評価2021

    • Author(s)
      山内晴加, 有馬彰秀, 筒井真楠, 安井隆雄, 嶋田泰佑, 湯川博, 小野島大介, 馬場嘉信
    • Organizer
      第44回キャピラリー電気泳動シンポジウム
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Single-Cell Analysis Using Pore Sensors2021

    • Author(s)
      Akihide Arima, Yoshinobu Baba
    • Organizer
      PITTCON 2021 Conference and Expo
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      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ナノポアデバイスによる単一生体粒子分析2020

    • Author(s)
      有馬彰秀
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第42回研究会
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      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ナノポアデバイスを用いた単一生体粒子分析2020

    • Author(s)
      有馬彰秀, 筒井真楠, 吉田剛, 横田一道, 立松健司, 山﨑智子, 黒田俊一, 谷口正輝, 鷲尾隆, 川合知二, 馬場嘉信
    • Organizer
      応用物理学会 有機分子・バイオエレクトロニクス分科会 研究会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Single-Particle Analyses Using Nanobiodevices2019

    • Author(s)
      Akihide Arima
    • Organizer
      4th Nagoya University‐UNC/NC State BME Seminar NLS Seminar/GTR Seminar
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Identifying Bioparticles at a Single-Particle Level by Machine-Learning Approach2019

    • Author(s)
      Akihide Arima, Makusu Tsutsui, Takeshi Yoshida, Kazumichi Yokota, Wataru Tonomura, Takao Yasui, Taisuke Shimada, Tomoko Yamazaki, Kenji Tatematsu, Shun’ichi Kuroda, Masateru Taniguchi, Takashi Washio, Tomoji Kawai, and Yoshinobu Baba
    • Organizer
      10th International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE10)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] IDENTIFYING MULTIPLE VIRAL SPECIES AT A SINGLE PARTICLE LEVEL USING A COMBINATION OF NANOPORES AND MACHINE LEARNING APPROACH2019

    • Author(s)
      Akihide Arima, Makusu Tsutsui, Takeshi Yoshida, Kazumichi Yokota, Wataru Tonomura, Takao Yasui, Taisuke Shimada, Tomoko Yamazaki, Kenji Tatematsu, Shun’ichi Kuroda, Masateru Taniguchi, Takashi Washio, Tomoji Kawai, and Yoshinobu Baba
    • Organizer
      The 23rd International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2019 Conference)
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ナノバイオデバイスと機械学習の融合による多項目ウイルス識別2019

    • Author(s)
      有馬 彰秀、筒井 真楠、殿村 渉、横田 一道、安井 隆雄、嶋田 泰佑、山﨑 智子、立松 健司、黒田 俊一、谷口 正輝、鷲尾 隆、川合 知二、馬場 嘉信
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第39回研究会(Cheminas 39)
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      2019 Annual Research Report
  • [Book] 医用工学ハンドブック (監: 佐久間 一郎、秋吉 一成、津本 浩平) 第2編 第5章 6 ナノバイオデバイスによる単一生体粒子分析2022

    • Author(s)
      馬場嘉信、安井隆雄、有馬彰秀
    • Total Pages
      12
    • Publisher
      エヌ・ティー・エス
    • ISBN
      4860437357
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  • [Book] 最先端ナノライフシステム研究 (編: 最先端ナノライフシステム研究編集委員会) 第Ⅳ編 1章 ナノ・マイクロポアセンサを用いた単一生体粒子分析2022

    • Author(s)
      有馬彰秀、筒井真楠
    • Total Pages
      6
    • Publisher
      丸善プラネット
    • ISBN
      9784863455207
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  • [Book] AI・ナノ・量子による超高感度・迅速バイオセンシング (監: 馬場嘉信、柳田 剛、加地範匡) 第III編 第10章 ナノスケールセンシングと人工知能の融合による ウイルス・細菌の変異・薬剤耐性予測システム創出の展望2021

    • Author(s)
      有馬彰秀、筒井真楠
    • Total Pages
      7
    • Publisher
      シーエムシー出版
    • ISBN
      9784781316093
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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