2020 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
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19K04416
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| Research Institution | Kagoshima National College of Technology |
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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)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 誘電泳動 / 進行波誘電泳動 / 擬似進行波 / 複素誘電率 / 赤血球 / 白血球 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
溶液中に交流電界を印加した際、電界勾配と細胞の導電率、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る計測システムの確立を目指している。前年度には、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る多重電極としてガラス基板上に作製した8重極電極を開発し、電極間の空間の任意の場所への電界極小点を創り出せることを、ポリスチレン粒子及びiPS細胞の誘電泳動により確認できた。
その知見を基に2020年度には②各種周波数により生じる誘電泳動の解析による細胞の誘電体モデルの構築と進行波誘電泳動の観察を行った。細胞として赤血球、白血球、また比較にポリスチレンビーズを用いた。周囲溶液の導電率80[mS/m]において、赤血球は500KHz付近で負から正の誘電泳動に切り替わり、1MHzでは非常に強い正の誘電泳動となることが明らかとなった。白血球は単球、リンパ球、好中球により、誘電泳動の周波数特性が異なること、単球が最も低い周波数で負から正の誘電泳動へ変化することが分かったが、白血球種ごとの周波数特性の詳細を明らかにするには至っていない。ポリスチレンビーズは30kHz～2MHzの計測周波数領域すべてで負の誘電泳動を示し、理論上の予想と一致した。なお、当初予定していたiPS細胞については、提供して頂く大学への移動が制限されたため、実験に至らなかった。
また、当該年度に③計算機による8重極電極による電界強度分布の算出と細胞運動のシミュレーションを実施する予定であったが、ソフトウェアの入手制限のため着手に至らなかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
2020年度は、8重極電極による電界分布を電磁界解析ソフトにより、3次元領域で計算し、これによる誘電泳動力と液中での粘性抵抗を含めた細胞の「動き」をシミュレーションすること、そして実験による実際の細胞の「動き」の結果と比較検討し、細胞の誘電体モデルの構築を最大の目標としていた。しかし、研究代表者が次年度に所属組織が変更となる予定であることを理由に、電磁界解析ソフトの使用ライセンス（アカデミック版）の供与を、当該年度は出来ない旨、代理店から伝えられ、交渉するも年度内納入は不可となった。このため研究計画が大幅に遅れることとなった。
また、コロナ禍による移動制限・自粛により、iPS細胞を提供して頂いている長岡技術科学大学での実験が困難であったため、細胞種が自己採血による血球細胞に限られてしまったこと、デバイス作製のための各種情報提供を頂く予定であった豊橋技術科学大学への出張も出来なかったことなどが、研究の進展に影響した。
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| Strategy for Future Research Activity |
電磁界解析ソフトを入手し、2020年度に実施予定であった、多重電極によりマイクロ流路内の電磁界分布を3次元領域で計算し、これによる誘電泳動力と液中での粘性抵抗を含めた細胞の「動き」をシミュレーションする。これと、これまでの実験映像を比較検討し、細胞の誘電体モデルの構築を早急に完成させる。さらに、細胞の誘電率、導電率を誘電泳動力による動きから計測するのに最も効率的な電界分布を発生させるための、電極電圧について、シミュレーションから明らかにする。最終的に、実際の電極による実験により、動きから誘電率、導電率の計測を行い、シミュレーション結果と比較検討することにより、計測システムとしての完成を目指す。
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| Causes of Carryover |
2020年度は、8重極電極による電界分布を3次元領域で計算し、これによる誘電泳動力と液中での粘性抵抗を含めた細胞の「動き」をシミュレーションするため、電磁界解析ソフト（約560,000)の購入を予定していたが、研究代表者が次年度に所属組織を変更する予定であることを理由に、電磁界解析ソフトの使用ライセンス（アカデミック版）の供与を、当該年度は出来ない旨、代理店から伝えられ、交渉するも年度内納入は不可となった。この経費は次年度に繰り越し、2021年度に異動した新たな所属組織において、早急に購入予定であったソフトを購入する計画である。
また、成果発表ならびに情報収集のため参加した学会は、コロナ禍のため、すべてオンライン発表となり、予定していた出張による旅費の支出がなかった。この経費は次年度に繰り越し、実験用消耗品等の購入に充てる予定である。
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