2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of semiconductor-based biosensing system for quality evaluation of embryo obtained by in vitro fertilization
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22H03920
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
坂田 利弥 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (70399400)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 半導体バイオセンサ / 体外受精卵 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞と半導体バイオセンサのゲート電極との間に形成されるナノメートルのギャップに細胞呼吸により蓄積される乳酸やCO2といった代謝産物がpH変化を誘導する。この細胞/ゲート電極間のナノギャップ領域でのpH変化を半導体バイオセンサにより非侵襲的に計測可能となる。ゲート電極表面は酸化膜から構成されており、pH応答性が良好で電気化学的にはネルンスト応答を示す。しかしながら、現状ではゲート電極とその周辺部まで細胞が一面に培養されるため、個々の細胞に基づくpH変化を再現性良く定量的に見積もることが困難である。特に、個々の評価が必要な体外受精卵(胚)を対象とする場合、各ゲート電極上に胚を一つ一つ静置し長時間活性をモニタリングする必要がある。そこで本研究では、計測対象を胚とし、一つのゲート電極上に一つの胚が固定可能なウェルを含むカートリッジ型プレートを作製し、個々の胚の呼吸活性を再現良く定量的に評価する。
当該年度において、マウス胚を培養するカートリッジ型プレートを作製し、それをセット可能な電気計測用チャンバーを設計した。プレートをセットする治具の先端部が計測機と電気的に接続可能とする。電気計測には溶液/ゲート電極界面の電位を参照電極の電位を一定としソースフォロワー回路を用いて計測する設計とした。また、チャンバーの底面には温度制御可能なペルチエ素子を内蔵する予定であったが、マウス胚の培養における37 °Cを維持する培養器に直接セット可能となる構造とした。培養液中のpHを7.4に維持するため培養液の緩衝作用を制御するためCO2 5%雰囲気となるようCO2センサおよびガス導入弁を内蔵する。半導体バイオセンサの計測条件と出力表示、温度制御、CO2ガス濃度制御をPC上で行うソフトウェアを設計した。
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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
種々のプレートやデバイス部をセットする際の接着部分で溶液漏れなどの課題があるため改善していく必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度に作製したカートリッジ型プレートを用いてマウス体外受精卵の計測を行う。特に、プレートをセットする治具の先端部が計測機と電気的に接続可能とする。電気計測には溶液/ゲート電極界面の電位を参照電極の電位を一定としソースフォロワー回路を用いて計測する。チャンバーの底面には温度制御可能なペルチエ素子を内蔵し、胚培養における37 °Cを維持する。また培養液中のpHを7.4に維持するため培養液の緩衝作用を制御するためCO2 5%雰囲気となるようCO2センサおよびガス導入弁を内蔵する。半導体バイオセンサの計測条件と出力表示、温度制御、CO2ガス濃度制御をPC上で行うソフトウェアを適宜作成する。体外受精卵の計測では、通常1週間程度の胚分割まで計測を行うが、2細胞期や4細胞期など、短時間での品質評価が可能か検証を進める。パラメータとして電気的な出力のみならず、顕微鏡観察を同時に行うことで品質評価の指標を決定する。
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