2021 Fiscal Year Annual Research Report
細胞内伝熱機構解明のための超高分解能温度センサシステム
| Project/Area Number |
20H02588
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
猪股 直生 東北大学, 工学研究科, 助教 (40712823)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | マイクロ温度センサ / 細胞 / 温度信号 / MEMS / 微細加工技術 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
温度は生体内や細胞内機能発現のトリガーとして様々な生理機能や生体リズムに影響を与え，生体の恒常性維持と密接な関わりがある．そのため，生体にとって温度は最も重要なパラメータのひとつである．しかし，温度は生命の維持や細胞の機能発現に不可欠であるにも関わらず，それらと密接に関わりのある細胞の熱物性や熱機能の詳細は未だに明らかになっていない．近年，細胞の熱物性は，水では近似できないこと，内部の温度分布が一様ではないこと等，様々な知見が得られている．本研究では，高温度分解能(数u℃)かつ高応答性(サブミリ秒)を有し，培養細胞を計測対象とする温度センサデバイス・システムの実現を通して，細胞自身が発する温度信号や細胞の温度挙動を定量的に計測することを目指し，細胞の温度特性と細胞内伝熱機構を解明する．本年度の実績概要は次の通りである．
【デバイス上での細胞培養】：一般的な細胞の信号計測で行われている市販の培養用シャーレ上で細胞培養プロトコルをもとに，デバイス上での細胞培養プロトコルを検討し，デバイス上でも細胞の培養が可能であることを実際に確認した．
【細胞の温度信号計測】：作製したデバイスを用いた細胞の温度計測に取り組んだ．最終的に，低温，室温，最適温，高温の各温度帯域における培養細胞群中の単一の細胞から自発的に得られる温度信号を計測し，解析を行った．さらに，培養細胞に対して，顕微鏡上の対物レンズを介して，局所的に赤外線レーザを照射し，外部刺激としての加熱が可能であることを確認した．
【温度センサの高感度化】：共振センサにおける温度センシングの高感度化を目指し，周期性微小構造体の選択的振動伝搬特性を活かした共振センサの振動スペクトルの能動的コントールに関する研究を行った．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
細胞の温度信号計測に関して，低温(20℃以下)，室温(25℃付近)，最適温(37℃付近)，高温(40℃以上)の各温度帯域における培養細胞群中の単一の細胞から自発的に得られる温度信号を計測し，解析を行ったところ，想定を上回る結果を得ることができ，更に発展的な実験，研究構想に繋げることができるため．
|
| Strategy for Future Research Activity |
今年度は，デバイス上での細胞培養と作製したデバイスを用いた細胞の温度信号計測を達成し，予定通りに研究が進めることができ，得られた実験結果は計画以上のものであった．最終年度である次年度は以下の通り計画する．
【細胞の温度信号計測】：引き続き，作製したデバイスを用いた細胞の温度計測に取り組む．最終的に，室温(25℃付近)，最適温(37℃付近)，高温(40℃以上)の各温度帯域における①培養細胞群中の単一の細胞から自発的に得られる温度信号と②外部熱入力における温度信号を計測し，①と②を比較する．更に，計測数を得て，細胞の熱物性を定量的に評価する．
|
