2022 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
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20H02588
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
猪股 直生 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40712823)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | マイクロ温度センサ / 細胞 / 温度信号 / MEMS / 微細加工技術 |
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| 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．最終年度の実績概要は，前年度までに作製および評価した細胞の温度計測デバイスを用いて，次の成果を得た．
・外部刺激のない細胞自身が発する温度信号から周波数スペクトルを取得し，信号強度が各周波数で一定ではないことと周囲温度によって信号強度が変わることを発見した．
・集光した赤外線レーザを用いて，細胞内の核小体を周期的かつ定量的に加熱し，細胞のもつ周波数スペクトルを再現することに成功した．細胞の熱応答を動的に計測できたことで得た最高到達温度と時定数をもとに，熱伝導率と世界で初めて比熱の値を明らかにした．細胞の熱伝導率と比熱は周囲温度に依存した．25℃時における計測結果は，水と同程度の値であった．さらに，最も活性が高い温度である37℃時は，加熱周波数によって熱伝導率と比熱が異なった．
以上より，細胞における特異的な伝熱を明らかにすることが可能な温度センサシステムの開発に成功し，単一細胞の温度計測を介して性能を実証した．
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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