2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of on-site rotary rod device for collection and removal of biogenic ions from surface of cells and tissue
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19K05523
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
服部 敏明 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80198762)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | カルシウムイオン / アセチルコリン / 回収デバイス / 分解除去デバイス / イオンイメージセンサ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究は前年度に引き続きカルシウムイオンを回収する小型デバイスとアセチルコリンを分解する酵素を持つ小型デバイスの開発とイオンイメージセンサを用いた回収と分解の性能評価を行った。
カルシウムイオンを吸収するデバイスについて、イオン交換樹脂とキレート樹脂を詳しく評価した。その結果、イオン交換樹脂を持つデバイスは主にイオンの濃度拡散にしたがって吸収することをシミュレーションで明らかにした。また、イオン交換樹脂のゆっくりした収縮により対流によるイオンの輸送が起こっていることを明らかにした。一方、キレート樹脂を用いたデバイスは、イオン交換樹脂のデバイスより明らかに素速い吸収が起こっていることを確認した。ただし、素早い吸収はコンディショニングに影響を受けることが分かった。イオン交換樹脂と同様にキレート樹脂も急激な収縮が起こっていないこと、さらに、色素によって水の流れを可視化したとき、明らかな対流による物質の移動などが確認できなかったことから、キレート樹脂によるカルシウムイオンの急激な回収は、濃度拡散以外の力が加わっているものと推測された。
前年度に引き続き、アセチルコリ分解除去デバイスはアセチルコリンエステラーゼを固定するポリイオンコンプレックス法を検討し、固定した酵素の複数回の使用を行った。しかし、複数回の使用によりアセチルコリンの分解できなくなっていた。また、回転すると膜がはがれてしまうことから、酵素固定の方法に問題があることが分かった。そこで、酵素を化学結合するCEST法を検討した。さまざまな条件をかえてCEST法を試みたが、明らかな分解示す量の酵素を固定するには至らなかった。そこで、次にゾルゲルシリカを用いた酵素固定法に着手した。この方法によると、複数回の使用においても酵素分解の効率が下がらないことが分かった。
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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
カルシウムイオン回収デバイスはその特性評価が進んでいるので、回転デバイスに装着し生物を用いた実験に応用にする予定である。一方で、アセチルコリン分解デバイスは、ポリイオンコンプレックス法では膜がはがれやすく、また、複数回の使用に耐えないことが明らかとなった。しかし、今年度においていくつかの酵素固定法を検討し、ゾルゲル法で複数回使用に耐える固定法を見出した。次年度でこの酵素固定法によるデバイスの特性評価をして、生物への応用を行う予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究により、回収デバイスおよび分解デバイスの開発と評価法を確立した。次年度において、カルシウムイオン回収デバイスについては、キレート樹脂を持つデバイスのカルシウムイオン回収特性を明らかにするとともに、微生物を用いてカルシウムイオンの濃度変化で形態的変化を起こさせることを確認し、そのデバイスの有効性を明らかにする。また、アセチルコリン分解デバイスでは、先ず、ゾルゲル法を用いた方法でデバイスの回転に耐えて複数回の分解に適用できることを確認する。次に、作製デバイスを用いて、細胞まわりのアセチルコリンの濃度を制御することで、複数回の細胞刺激が行えるかどうかの実験を行う。さらに、グルタミン酸回収デバイスでは、アセチルコリンと同様な酵素固定法が適用できるかについて検討する。
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| Causes of Carryover |
1000円未満と少額なため
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