2013 Fiscal Year Annual Research Report
単一細胞内ゼプトグラム元素分析用プラズマ質量・発光分析システムの開発
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25248035
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
沖野 晃俊 東京工業大学, 総合理工学研究科(研究院), 准教授 (60262276)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
丸尾 昭二 横浜国立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00314047)
千葉 光一 独立行政法人産業技術総合研究所, 計測標準研究部門, 研究部門長 (20281066)
稲垣 和三 独立行政法人産業技術総合研究所, 計測標準研究部門, 主任研究員 (50356490)
宮下 振一 独立行政法人産業技術総合研究所, 計測標準研究部門, 研究員 (60614766)
古田 直紀 中央大学, 理工学部, 教授 (90101055)
梅村 知也 東京薬科大学, 生命科学部, 教授 (10312901)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 細胞分析 / 大気圧プラズマ / 質量分析 / 発光分析 / 誘導結合プラズマ / ICP / 元素分析 |
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| Research Abstract |
まず，単一細胞分析に適したドロプレット試料導入装置を開発した。この装置では，溶液試料を一粒ずつプラズマ中へ射出導入するため，ドロプレットに細胞を内包することで細胞1個中の元素分析が実現できる。しかし，従来の電磁バルブを用いたドロプレット試料導入装置では，液滴の体積が約700 pLと大きく，プラズマへの負荷が大きいという問題があった。そこで，ピエゾ素子を用いた，14 pLのドロプレット試料導入装置を開発した。ドロプレットの周囲にインジェクションガスを流すことで試料導入の安定性向上を実現した。検出下限値とRSDを評価した結果，ピエゾ素子式は電磁バルブ式に比べて検出下限絶対値は約1/70に，RSDは9.4％から6.6％に向上した。
次に，プラズマに与える溶媒負荷の低減を目的として，ドロプレット試料導入用の脱溶媒装置を開発した。ドロプレットを約150℃に加熱したガス流中を通過させ，次に約5℃まで冷却することで溶媒を取り除く，脱溶媒装置を開発した。この装置を発光分析に適用した結果，脱溶媒装置を適用したときはカルシウムのイオン線が約9倍に増加し，Hβ線は約1/5に減少したことから，開発した装置が有効に動作していることを確認した。質量分析に適用する事で，従来の1/300となる，1.1 agの検出下限絶対値を得ることに成功した。これは，0.5 pLの細胞中に2.2 ppb含まれる微量元素が測定できる事に相当する。
そして，開発した装置を用いて細胞1個中の発光分光分析を行った。ドロプレット中に単細胞藻類を1個内包してプラズマに導入し，マルチチャネル分光器で分光測定した。その結果，1個の細胞に約30 fg含まれる複数の元素（Mg, Fe, S, Ca）を同時に分析することに成功した。また，モノクロメータを用いて時間分解分析を行った結果，細胞1個に平均0.73 fg含まれるマンガンの信号を得ることができた。これらの結果から，単一細胞内の27 ppbの微量元素分析の可能性を示した。
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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
計画通り，高濃度試料は発光分析，低濃度試料は質量分析で分析する事に成功している。
MEMSを用いた細胞ソーティングシステムの開発は，予定より進捗が遅れ気味であるが，26年度以降に計画していたドロプレット用脱溶媒システムの開発については，その重要性を考慮して，25年度に前倒しで開発し，実用に耐える装置の開発に成功した。その結果，発光分析，質量分析ともに脱溶媒が必須である事を示す事に成功し，学術論文を投稿した。
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| Strategy for Future Research Activity |
25年度に計画通りに進まなかったMEMSを用いた細胞ソーティングシステムの開発は早期の実施をめざす。
逆に，前倒しで開発したドロプレット用脱溶媒システムについては，その完成度の向上，特にドロプレットの透過率の向上と脱溶媒性能の改良を行う。方策としては，水分子の共振周波数である2.45GHzマイクロ波を用いて，溶媒を選択的かつ高効率に加熱する脱溶媒システムを開発する。
その他，標準物質の開発と飛行時間型質量分析装置への適用は，計画通りに実施する予定である。
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