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Development of a Cell-Based Atmospheric-Driven Wireless Micro-Size Force Sensor

Research Project

Project/Area Number 20K14750
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 21030:Measurement engineering-related
Research InstitutionIbaraki University

Principal Investigator

Uesugi Kaoru  茨城大学, 理工学研究科(工学野), 助教 (20737027)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
KeywordsFRET / 力センサ / 細胞 / 蛍光観察 / 力測定 / MEMS
Outline of Research at the Start

細胞は生体において最も微小な構成単位であり,様々な機能を有するいわば超微小機械である.この細胞内に遺伝子導入技術を用いて力測定機能(fluorescence resonance energy transfer: FRET)を導入する.そして,力測定機能を導入した細胞を,細胞に力を伝達するための微小構造体に播種し,実際に力測定を行う.また,この時使用する微小構造体の設計も行う.

Outline of Final Research Achievements

We clarified the conditions for gene transfer into mammalian cells (rat smooth muscle cells: A7r5) and amphibian cells (fibroblasts: XTC). And, we constructed a microscopic observation system that could evaluate the FRET ratio. additionally, we developed a tensile test system that could apply tensile loading to the cells and the cell adhering structures while microscopic observation. Then, we applied tensile stimulation to FRET-transfected cells and derived and analyzed the FRET ratios from fluorescence observations.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

細胞を利用して,大気中でマイクロニュートンからミリニュートンレベルの力を測定できる微小サイズの力センサという構想は,これまで存在しない,全く新しい挑戦である.これまでFRET技術は細胞内や組織内の力分布を観察するために使用されてきが,マイクロニュートン,ミリニュートンレベルの計測には利用されていない.また,FRET技術を用いた大気中での力測定も存在しなかった.本研究が実現した暁には,組織,器官,個体レベルにおける,マイクロニュートンからミリニュートンレベルのレンジにおいて,これまで難しいとされていた力計測が可能となり,生物学,医学,工学,化学,更には物理学などの領域の発展に寄与できる.

Report

(3 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Inhibition of UV-induced DNA Damage of Cells by Hydrostatic Pressure2021

    • Author(s)
      上杉 薫、佐藤 賢也、長山 和亮
    • Journal Title

      Journal of the Japanese Society for Experimental Mechanics

      Volume: 21 Issue: 3 Pages: 208-214

    • DOI

      10.11395/jjsem.21.208

    • NAID

      130008105650

    • ISSN
      1346-4930, 1884-4219
    • Year and Date
      2021-10-01
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Proposal of a Water-repellency Model of Water Strider and Its Verification by Considering Directly Measured Strider Leg-rowing Force2020

    • Author(s)
      K. Uesugi, H. Mayama, K. Morishima
    • Journal Title

      Journal of Photopolymer Science and Technology

      Volume: 33 Issue: 2 Pages: 185-192

    • DOI

      10.2494/photopolymer.33.185

    • NAID

      130007867491

    • ISSN
      0914-9244, 1349-6336
    • Year and Date
      2020-07-01
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Survival Rate of Cells Sent by a Low Mechanical Load Tube Pump: The “Ring Pump2020

    • Author(s)
      Kaoru Uesugi, Keizo Nishiyama, Koki Hirai, Hiroaki Inoue, Yoichi Sakurai, Yoji Yamada, Takashi Taniguchi, Keisuke Morishima
    • Journal Title

      Micromachines

      Volume: 11 Issue: 4 Pages: 447-460

    • DOI

      10.3390/mi11040447

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Measurement of the bio-mechanical properties of two different feeder layer cells2020

    • Author(s)
      S. Romanazzoa, K. Uesugi, A. Taniguchia, G. Forte, K. Morishima
    • Journal Title

      The Open Biotechnology Journal

      Volume: 15 Issue: 1 Pages: 12-18

    • DOI

      10.2174/1874070702115010001

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Measurement and Evaluation of Mechanical Properties of Living Things by Developing Force Measurement Systems and Fixtures2022

    • Author(s)
      K. Uesugi
    • Organizer
      International Workshop on Molecular Cybernetics: Toward Chemical AI
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 再生皮膚組織の機械的特性評価に適した引張試験システムの開発2021

    • Author(s)
      喜多則文,武藤潤,長山和亮,上杉薫
    • Organizer
      関東学生会第60回学生員卒業研究発表講演会
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  • [Presentation] 聴覚を用いた細胞情報評価方法の提案2021

    • Author(s)
      滝口裕也,長山和亮,上杉薫
    • Organizer
      関東学生会第60回学生員卒業研究発表講演会
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  • [Presentation] 顕微鏡下マイクロ引張試験機による単一細胞の機械的特性・及び接着力の同時評価 ~微小管重合阻害した子宮頸癌由来HeLa細胞の力学的特性変化~2021

    • Author(s)
      上杉薫,小幡祥太,長山和亮
    • Organizer
      日本機械学会 2021年度年次大会
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  • [Presentation] 機械学習を用いた位相差画像からの細胞表面硬さの推定手法の確立2021

    • Author(s)
      西原賢太,上杉薫,長山和亮
    • Organizer
      関東学生会第60回学生員卒業研究発表講演会
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  • [Presentation] 血管力学環境を考慮した生体由来材料による微細溝付細胞培養基質の開発2021

    • Author(s)
      綿谷直樹,上杉薫,長山和亮
    • Organizer
      関東学生会第60回学生員卒業研究発表講演会
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  • [Presentation] 繰返伸展刺激下での血管平滑筋細胞の内部構造変化の解析2021

    • Author(s)
      池田圭吾,上杉薫,長山和亮
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      第27期関東支部総会・講演会
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  • [Presentation] ニップルアレイ構造は体表の接着力を低下するか?2020

    • Author(s)
      上杉薫,長山和亮,広瀬裕一
    • Organizer
      第5回ホヤ研究会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] アメンボ幼虫に特有な微細表面構造の撥水モデル2020

    • Author(s)
      上杉薫,眞山博幸,森島圭祐
    • Organizer
      日本機械学会 2020 年度年次大会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 組織工学的に構築された皮膚組織の機械的特性評価システムの開発2020

    • Author(s)
      喜多則文,武藤潤,長山和亮,上杉薫
    • Organizer
      日本機械学会 2020年茨城講演会
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  • [Presentation] 顕微鏡下マイクロ引張試験機の開発と細胞の力学特性と接着力の定量解析~正常細胞とがん細胞の力学特性・接着特性の違い~2020

    • Author(s)
      小幡祥太,上杉薫,長山和亮
    • Organizer
      日本機械学会 2020年茨城講演会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] “耳”を用いた細胞情報評価への挑戦 ~細胞の声を聞く~2020

    • Author(s)
      滝口裕也,長山和亮,上杉薫
    • Organizer
      「細胞を創る」研究会13.0
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] アメンボの持つ表面微細構造による撥水機能のモデル化2020

    • Author(s)
      上杉薫,眞山博幸,森島圭祐
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2020
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      2020 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2023-01-30  

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