2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of cell separation technology using a quadrupole capillary dielectrophoretic device
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20K04276
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
多田 茂 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 応用科学群, 教授 (70251650)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松元 藤彦 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 応用科学群, 教授 (10531767)
江口 正徳 呉工業高等専門学校, 電気情報工学分野, 准教授 (60613594)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 誘電泳動 / 細胞分離 / 交流電場 / ヒト細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞分離に最適な電場分布を得られる電極直径と、ガラスキャピラリー直径、肉厚の比を数値シミュレーションで求め、得られた値をもとに実験で用いる電極である真鍮丸棒とガラスキャピラリー直径、肉厚の組み合わせの候補を幾つか選び出し、それぞれについてヒト乳腺上皮細胞の生細胞と死細胞を用いて電場に対する細胞応答を確認する実験を行った。4重極電極に負荷する交流電圧については、当初は数値シミュレーションと理論解析によって得られた値を用いていたが、実験を行った結果、期待した誘電泳動効果が得られなかったため、1．5倍程度大きめの値を用いた。
実験はヒト乳腺上皮細胞癌細胞の生・死細胞を用いて行った。まず、生細胞と死細胞をそれぞれマンニトール等張溶液に懸濁させたサンプルをデバイスに充填し、溶液導電率と交流周波数を変化させて細胞応答の状態について調べた。溶液導電率が1 mS/mのときに死細胞がガラスキャピラリーの中央部に集まり、生細胞がキャピラリー外周部に集められることを確認した。交流周波数については2~30 kHz以下の値であれば、生・死細胞の分離が行われることを確認した。
次に電極直径と、ガラスキャピラリー直径、肉厚を決定後、生・死細胞をマンニトール等張溶液に懸濁させたサンプルをデバイスに流して分離実験を行ったが、好成績は得られなかった。その理由として、用いたガラスキャピラリーが細すぎたことにあると考えられる。実験に使用していた高周波電源用増幅器の仕様の関係で細いガラスキャピラリーを用いていたが、キャピラリー内径が細すぎたため、細胞分離に時間がかかり、その間に細胞が死滅してしまっていたことが分離率を著しく下げた原因であると推定された。今後はガラスキャピラリー径を大きくするなど、細胞の死滅リスクを考慮した実験系を検討し、引き続き細胞分離実験を進める予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
デバイスの設計・製作を行い、細胞実験を行うことで提案デバイスの動作特性について明らかに出来たが、細胞分離率については好成績が得られず、研究は当初の予定より遅れている。しかしながら、これまで行ってきた実験の問題点が明確になり、細胞分離の高効率化に必要な実験条件などの絞り込みが出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
分離効率をさらに高めるためには、生細胞が死滅するリスクを避けることが先ず重要で、そのためには一回の実験に要する時間を大幅に短縮させ、さらには単位時間あたりの細胞処理数を大幅に増大させる必要がある。そのため、最終年度での研究では4重極電極キャピラリーをやや大型化し、それに伴って負荷電圧の大きさも見直してゆく。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍の影響で，当初参加を計画していた学会の参加費と旅費がオンライン参加登録費のみの使用であったこと，また，コロナ禍の影響による工場などの操業停止のため，消耗品類の購入が困難になったことにより，次年度への繰越金が生じた．
今年度においては，学会参加も通常のオンサイトで開催されるケースが増えたため，これまで参加が出来なかった分を含め，学会参加費，研究打ち合わせの出張費などに充ててゆく計画である．
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