2018 Fiscal Year Annual Research Report
Odor reproduction using odor biosensor
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18H03773
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
中本 高道 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (20198261)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
神崎 亮平 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (40221907)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | バイオセンサ / 嗅覚受容体 / Odorant Binding Protein / ロックイン計測 / 水晶振動子センサ / 嗅覚ディスプレイ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
嗅覚受容体発現細胞の作出では、キイロショウジョウバエ嗅覚受容体の応答特性データベースから、それぞれ異なる対象臭に応答する2種類の嗅覚受容体（Or82a、Or49b）を選定した。選定した嗅覚受容体を、共受容体およびカルシウム感受性蛍光タンパク質とともに共発現させたSf21細胞系統を作出し、対象臭に対する蛍光応答を取得した。その結果、Or82a細胞系統はゲラニルアセテート、Or49b細胞系統は2-メチルフェノールに対して蛍光応答を示すことが分かった。これらの細胞系統の匂い選択性はデータベース上の応答特性と一致し、濃度依存的な蛍光応答が取得できることから、異なる対象臭を検出する素子として利用できることを明らかにした。
それから嗅覚受容体発現細胞を用いた匂い識別方法を検討した。ランダムに配置した２種類の嗅覚受容体発現細胞の蛍光応答画像をロックイン計測し、外乱光等に起因する雑音の影響を低減できた。そして、画像を100分割して100次元ベクトルを生成して主成分分析を行った結果、geosminと1-octen-3-olのサンプルがパターン分離できることがわかった。
次に水晶振動子を嗅覚受容体発現細胞で被覆して気相中でセンシングを行うための準備として、測定系の製作を行った。ネットワークアナライザを用いて、水晶振動子の共振周波数変化と共振抵抗の実時間測定をできるようにした。さらに、カーブフィッティングとディジタルフィルタにより雑音を低減できた。そして、高湿度環境で匂いをセンサに供給する測定システムを開発した。OBP(Odorant Binding Protein)を用いた実験としては、疎水性の匂い物質をOBPによりリンガー液の溶かしこめることを確認した。
また、SAW霧化器と液滴射出電磁弁を用いた嗅覚ディスプレイを試作した。ウェラブル型嗅覚ディスプレイを開発し実演も行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
嗅覚受容体発現細胞の作出では、データベースにもとづいて選定した嗅覚受容体を対象に、2種類の新規細胞系統を作出した。これらの細胞系統は、導入した嗅覚受容体の匂い選択性に従い、異なる対象臭を蛍光強度変化量として検出できることが分かり、要素臭検出のための匂い検出素子として利用できることを実証した。このように、現在までに異なる対象臭を検出できる2種類の細胞系統の作出を達成しており、当初の計画通りに研究が進展している。
また、蛍光測定の方法を用いた場合は、多次元ベクトルを抽出してロックイン計測を用いて２種類の匂い識別に成功している。水晶振動子センサを用いたセンシングシステムの準備も進み、OBPに関しても基礎実験により初期的な結果を得た。OBPは英国マンチェスタ大学のPersaud教授（研究協力者）に提供していただいた。
嗅覚ディスプレイに関しては、デスクトップ型とウェラブル型の両方を開発して、使用できるようになった。とくにウェラブル型については当初トラブルが多く、実演の際に止まってしまうこともあったが序々にその動作が安定しつつあり、実演も可能になった。今後は香りの再現実験にも嗅覚ディスプレイを用いるようにする。
以上のように、2018年度の研究はおおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
嗅覚受容体発現細胞の作出では、匂い検出素子として利用できる細胞系統の完成に向けて基礎性能を評価する必要がある。具体的には、作出した細胞系統を対象に、さまざまな匂い物質に対する蛍光応答を取得することにより、匂い選択性を評価する。また、各濃度の匂い物質に対する蛍光応答を取得することにより、濃度応答性を評価する。さらに、長期継代後の細胞系統についても同様に、匂い選択性および濃度応答性を評価することにより、長期間にわたって同等の応答性を維持し、匂い検出素子として利用できる細胞系統を完成させる。これらの細胞系統の基礎性能評価と並行して、他の嗅覚受容体をSf21細胞へ遺伝子導入することで、さらなる新規細胞系統の作出も進めていく計画である。
2018年度の研究で使用できる嗅覚受容体の種類数が増えたので、それに伴いサンプル数も増やして測定系も拡張し実験を行う。また、気相中で匂いバイオセンサを用いてセンシングする実験を進めていきたい。それから、退色等の問題が解決できると測定回数を増加できる。受容体応答は線形重ね合わせが成立しないので、混合臭の計測には繰り返し測定が必要になる。測定回数を増加させて混合臭の濃度定量も行えるようにしたい。
嗅覚ディスプレイに関しては、開発した方式の性能評価を進めるとともに要素臭を用いて多様な香りを即座に提示できるようにしたい。
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