2019 Fiscal Year Research-status Report
擬似進行波を用いた誘電泳動の運動解析による細胞等の非接触インピーダンス計測
| Project/Area Number |
19K04416
|
|---|
| Research Institution | Kagoshima National College of Technology |
|---|
Principal Investigator |
須田 隆夫 鹿児島工業高等専門学校, 電気電子工学科, 教授 (10163031)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 誘電泳動 / 進行波誘電泳動 / 疑似進行波 / 複素誘電率 / インピーダンス計測 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
溶液中にある細胞の電気的インピーダンスを非接触で計測できれば、微量の試料からラベルフリー、ダメージフリーで細胞情報の取得が可能となり、医用・バイオとりわけ再生医療の分野では非常に有効な細胞の識別、状態判別の手段となる。しかし、従来のインピーダンス計測法では、培養液中に浮遊化した細胞の個別の情報を得ることは困難である。そこで、溶液中に電界を印加した際、細胞の導電率、誘電率に関連して発生する誘電泳動力に着目し、力計測から細胞の誘電率・導電率を得るという全く新たな手法を考案した。即ち、様々な周波数の電界下での浮遊細胞の動き解析から誘電泳動力を推定することにより、電極を細胞に接触させることなくインピーダンス・スペクトロスコピーを得ようとするものである。
この実現のために①溶液中で細胞の大きさに対して有効な電界勾配と擬似進行波の両方を発生させることができ、細胞運動を観察できるマイクロデバイスの開発、がまず必要である。次にこの装置による、②各種周波数により生じる誘電泳動と進行波誘電泳動の観察と運動解析から細胞に働く力の算出、③マイクロデバイス中の電界強度分布の算出が必要である。
2019年度は①について、多重電極の作製とこれによる誘電泳動によるポリスチレン粒子およびヒトiPS細胞（理研：HPS0001 201B7）の移動について検証を行った。即ち、ガラス基板上に先端の曲率半径10[μm]の金電極を先端の間隔が100[μm]で対向させたもの4対を、直径100[μm]円周上に配置した八重極電極を作製した。周囲溶液を導電率約1.4[S/m]のリン酸バッファとし、各電極に2MHz、ピーク電圧1.5～3.0[V]の正弦波を印可することによって、電極間の空間の任意の場所に電界の極小点を作り出し、その点へポリスチレン粒子及びiPS細胞を移動させることが可能であることを確認できた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
過去の誘電泳動実験より、単純な平面電極ではガラス基板上の細胞に印加させる電界強度がやや弱くなることから、プラズマエッチング装置による石英ガラス基板のエッチングにより電極位置を細胞移動面から数μm程度高くする構造を目指した。プロセスの利便性と現有施設の関係からエッチングマスクとしてフォトレジストを採用したが、これによる数μmの石英ガラスのエッチング技術を2019年度内に確立することができなかった。このため、2019年度は従来用いていた平面電極構造のデバイスに戻して実験を行った。このことが全体的な進捗に影響し、当初予定した進行波誘電泳動の計測ならびにビデオ画像からの運動解析にまで至らなかった。
|
| Strategy for Future Research Activity |
現在製作している4対の対抗電極による疑似進行波の発生と、比較的誘電特性の分かっているマウス骨芽細胞や赤血球等を用いて進行波誘電泳動の計測実験を行う。発生する電界強度の計算は簡易的なものをまず用いて検証を行い、同時に電界計算用の適切なソフトフェアを入手して、より厳密な電界分布計算を行う。これらの結果から、細胞の複素誘電率を算出し、先行研究によるそれらの値と引けく検討する。
|
| Causes of Carryover |
３月に成果発表のため学会への出張を予定していたが、新型コロナウイルスの感染拡大に伴い、中止となった。このため予定の旅費を使用できなかった。（なお、予稿の公開をもって発表は成立となってる）
翌年度分へ繰り越し、消耗品などの購入に充てる予定である。
|
