2020 Fiscal Year Research-status Report
Cell observation platform using biological nanopore probes
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19K15418
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
庄司 観 長岡技術科学大学, 産学融合トップランナー養成センター, 特任講師 (80788258)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ナノポアセンシング / Microfluidics / 脂質二分子膜 / 走査型プローブ顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ポア形成膜タンパク質をプローブ先端に再構築した生体ナノポアプローブとマイクロ流路を組み合わせた、新たな細胞観察プラットフォームの開発を最終的な目標としている。生体ナノポプローブを用いた細胞観察手法を確立することにより、細胞から放出される分泌物質の局所センシングが可能となり、細胞生物学、創薬、再生医療工学などの分野において、新たな細胞観察手法を提案することが可能となる。本年度は、昨年度新たに開発したゲル封入ナノピペットを用いた生体ナノポアプローブの評価、マイクロ流路を用いたナノポアセンシングプラットフォームの開発を行った。
1.ゲル封入ナノピペットを用いた生体ナノポアプローブ
先端径がナノメートルスケールのガラスピペットにハイドロゲルを充填した生体ナノポアプローブの膜形成特性および化学物質の検出性能に関して評価を行った。その結果、本ピペットを用いることで、膜寿命が1時間以上の非常に安定した脂質二分子膜を形成することに成功した。さらに、脂質二分子膜にポア形成膜タンパク質を再構築することでDNAの検出にも成功した。以上の結果より、細胞分泌物質を長時間モニタリング可能な細胞観察プラットフォーム構築の可能性を示することができた。
2.マイクロ流路を用いたナノポアセンシングプラットフォーム
マイクロ流路と生体ナノポアプローブを組み合わせた細胞観察プラットフォームの実現に向け、油中水滴アレイを形成するマイクロ流体デバイスの構築を行った。マイクロチャンバを有するマイクロ流路に水溶液と脂質溶液を順に流入することで、油中水滴アレイを構築することに成功した。さらに、本マイクロ流路に生体ナノポアプローブを挿入することで、脂質二分子膜を形成することに成功し、マイクロ流路および生体ナノポアプローブを用いることで、水滴内の化学物質検出が可能なナノポアセンシングプラットフォームを構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は、マイクロ流路と生体ナノポアプローブを組み合わせたナノポアセンシングプラットフォームの開発およびハイドロゲルを充填したガラスナノピペットを用いた生体ナノポアプローブの膜形成・化学物質検出性能に関する評価を行った。上記の研究成果により、細胞観察プラットフォームの基盤技術となるマイクロ流体デバイスおよび生体ナノポアプローブを確立することに成功しており、本研究目標を達成するための重要な研究成果を得ることができ、今後上記の基盤技術を組み合わせることで本研究の最終目標であるナノポアセンシングによる細胞観察プラットフォームの構築を達成することができる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度開発したマイクロ流体デバイス、生体ナノポアプローブおよび既存のプローブ走査システムを組み合わせることで、マイクロ流体デバイス内に存在する化学物質の局所検出実験を行う。プローブ位置をナノメートルスケールで制御し、各位置においてプローブを数十秒間停止させナノポアセンシングを行う。さらに、マイクロ流体デバイス内で細胞培養を行い、生体ナノポアプローブを用いて細胞分泌物質の検出を試みる。
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Research Products
(15 results)
