2012 Fiscal Year Annual Research Report
オンサイト・リアルタイム細胞分子計測によるスピーキング・セル・アプローチ
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24228004
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Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
野並 浩 愛媛大学, 農学部, 教授 (00211467)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平岡 賢三 山梨大学, クリーンエネルギー研究センター, 教授 (80107218)
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| Project Period (FY) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| Keywords | 細胞・組織 / 植物 / 農業工学 / 質量分析 / スピーキング・セル・アプローチ / 探針ｴﾚｸﾄﾛｽﾌﾟﾚｰ / ﾌﾟﾚｯｼｬｰﾌﾟﾛｰﾌﾞ / 植物工場 |
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| Research Abstract |
本研究は、植物工場においてプレッシャープローブで採集した細胞溶液を探針エレクトロスプレーにより、直接、現場で質量分析を行うシステムを開発し、植物生理情報を制御要素として農業環境制御を行うスピーキング・セル・アプローチ(Speaking Cell Approach)(SCA)法を創成することを目的としている。栽培作物のリアルタイム質量分析を実行し、環境要素変化に伴う代謝変化を植物生理学(理学的）・栽培生理学(農学的）に基づき解明して、省エネを考慮したSCA を確立することによって、食料生産の効率を格段に増大させ、日本が迎えつつある食料危機の回避、食の安全性の確保により、国民を守ることを目指す。
プレッシャープローブを用いての細胞溶液を採集したあと、プレッシャープローブの採集溶液に高電圧印加を行うことに成功し、細胞溶液成分のイオン化に成功した。ただし、この高電圧印加のためには、プレッシャープローブ内のシリコンオイルにエンジンオイル添加物を混入させる必要があった。
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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
チューリップ球根の鱗片細胞にin vivo でプレッシャープローブのキャピラリーを挿入し、細胞膨圧をプレッシャープローブで計測した。膨圧変化量と細胞体積変化量から、細胞壁の弾性率を計測することができる。細胞体積を一定に保ちながら、膨圧の変化を観察し、緩和時間のハーフタイムを求めることにより、細胞膜を通しての水透過率を計測した。この測定後、プレッシャープローブのプランジャーの位置を動かし、細胞溶液を吸い出した。プレッシャープローブに高電圧印加でイオン化を誘導し、代謝物の同定を試みた。プレッシャープローブのキャピラリーのシリコンオイルに自動車のエンジンオイル添加物を混合し、高電圧印加を行うことで、細胞溶液のイオン化を誘導することに成功した。このことから、植物細胞における生理代謝情報を計測しつつ、代謝物の分析を計測できることが確認できた。
しかし、イオン化にエンジンオイル添加物を使ったところに問題が出てきた。添加物にはモリブデンをはじめとする金属元素、オイルに安定的に溶存させるための溶存有機物およびその他の添加物が含まれているが、メーカーに問い合わせても、特許上成分の詳細を教えてくれなかった。そのため、プレッシャープローブを用いたとき、どのようなメカニズムで高電圧印加でのイオン化が誘導されているのか、解明が不可能であることがわかった。今後、エンジンオイル添加物の代替物を探し、イオン化のメカニズムを解明する必要性がある課題が出てきた。
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| Strategy for Future Research Activity |
申請当時は、マルチターンTOF-MS（API イオン化部付）を申請していた。採択されたあと、マルチターンTOF-MSの製作会社のイオン化部のAPI（大気圧イオン化）設計部が閉鎖され、それに伴いAPIイオン化部を作成するエンジニアも退職してしまった経緯があり、マルチターンTOF-MSを購入し、独自にAPIイオン化部を設計し、製作することには費用と時間が不足する事態に陥った。そのため、小型化したマルチターンTOF質量分析計の購入は断念し、比較的小型でベンチトップで操作が可能であり、APIイオン化部が製品として確立していて、イオン透過効率の高いサーモフィッシャー・サイエンティフィック社製のExactive Plusを購入して研究をすすめることにした。これにより、プレッシャープローブを用いての細胞溶液サンプルのイオン化および探針エレクトロスプレーイオン化に集中した研究を進め、本来の目的である生きた植物細胞からの代謝物同定・定量の研究を進めることとした。
プレッシャープローブを用いての細胞溶液のイオン化については、プレッシャープローブ内のシリコンオイルにエンジンオイル添加物を混合させることで成功した。しかし、添加物の組成の情報がメーカーから得られず、イオン化のメカニズムについては未解明であり、また、添加物によるコンタミの影響が質量分析に見られた。今後は、この問題を解決するため、エンジンオイル添加物の代替物を探す研究に着手する。
細胞溶液の探針エレクトロスプレーを用いた分析のために、超微量分析のための探針エレクトロスプレーのプローブの開発を進め、細胞溶液の質量分析の精度高い実用化を目指す。
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Research Products
(15 results)
