2019 Fiscal Year Annual Research Report
Depelopement of novel selective cell-separation technology using dielectrophoresis
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17K06176
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
多田 茂 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 応用科学群, 教授 (70251650)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
江口 正徳 一般財団法人ファジィシステム研究所, 研究部, 主任研究員 (60613594)
塚本 哲 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 応用科学群, 准教授 (90511460)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 誘電泳動 / 細胞分離 / 不均一交流電場 / 細胞分離率 / Creek-gap電極 / Clausius-mossotti因子 / ヒト乳腺上皮細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、多量の細胞試料の高速・高精度な分離を可能にする方法として、流路全域に3次元の不均一交流電場を生成させる、誘電泳動(DEP)を応用した技術を提案し、ヒト生細胞を用いた実験を行うことで、提案技術における細胞分離能力の評価を行った。一方で、不均一交流電場によるDEPデバイスを用いた細胞分離で重要となる、Clausius-Mossotti因子βの実数部Re(β)を直接測定可能なCreek-gap電極デバイスを開発し、デバイスの測定精度と測定限界について詳細に調べた。
提案デバイスのプロトタイプとして、櫛形電極と平板電極から構成される平行平板型マイクロDEPデバイスを製作し、ヒト乳腺上皮細胞の正常細胞と2種の癌細胞の分離実験を行った。正常細胞と癌細胞を1:1の比でマンニトール等張溶液に懸濁させた細胞試料をデバイスに流し、デバイスに印加する交流電圧の周波数を変化させることで細胞分離実験を行った。細胞分離率の測定は電圧印加の前後で、デバイス下流で採取した細胞試料中の正常細胞数と癌細胞数を比較することで行った。その結果、提案デバイスによる正常細胞と癌細胞の分離では、最大90%以上の分離効率を得ることが出来た。しかしながら、30分程度の長時間の動作においては、分離効率が70%程度に低下する点が課題点として残された。高い分離効率を維持するためには、分離されて電極に吸着した細胞の定期的な除去が必要となる。また，フローサイトメトリーによる解析で、電場の影響による死細胞数の増加も認められた。
Creek-gap電極を用いた細胞のRe(β)の測定においては、従来の測定法の主流である電場回転法の測定精度を大きく上回る結果が得られた。さらに、電圧印加時のCreek-gap電極の温度場解析を行ったところ、電圧印加開始180秒で電極面の温度がおよそ10℃程度上昇することも明らかになった。
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