ブラウン運動を用いた細胞内マルチパラメータ計測カプセル型センサ

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25630092
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 丸山 央峰 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60377843)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: マイクロ・ナノデバイス

Research Abstract

細胞機能の詳細な解明を目的として，微粒子のブラウン運動の周辺環境の粘度依存性と蛍光色素の環境依存性を用いて細胞内（細胞質・核内）の局所的な物理的・生理的マルチパラメータ計測が可能なカプセル型マイクロセンサを構築する．物理的なパラメータ計測には，カプセル型センサ内に封入した微粒子のブラウン運動を，温度やカルシウムイオン等の生理的パラメータはカプセルに封入した蛍光色素を用いた蛍光環境計測を用いる．本年度は，細胞内の局所的な物理的・生理的マルチパラメータ計測が可能なカプセル型マイクロセンサの構築を目的として下記の項目について研究を行った．
（１）微粒子封入型カプセルマイクロセンサの連続生産システムの構築
マイクロ流体チップ及びインクジェット装置を用いて，液滴生成技術を用いて大きさ10um程度のの蛍光微粒子を作製した．また，人工脂質二重膜の作製手法を用いて，内部に単一の微粒子を内包し，外部との溶液を交換が可能なマイクロカプセルの試作に成功した．
（２）作製したカプセル型センサを用いた細胞内部の局所マルチパラメータ計測
（１）で作製したセンサを用い，環境の温度とカプセル内の粘度の関係を蛍光・ブラウン運動を用いて較正した．作製したセンサを光ピンセットによる周期的な力印加により従来のエンドサイト―シス等の細胞活性に任せた導入よりも高速に導入できることを確認した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

マイクロ流体デバイスを用いたマイクロカプセル型センサの作製に成功しており，作製条件を適切に設定することで目標としている，大きさ5umのマイクロカプセル内に500 nm程度の微粒子を導入できると考えている．また，細胞計測において，細胞内に従来の細胞活性を用いた方法よりも高速に細胞内に導入できる手法を考案できており，研究を加速することができると考えている．

Strategy for Future Research Activity

（１）微粒子封入型カプセルマイクロセンサの連続生産システムの構築
オンチップカプセル型センサの作製システムに，選択的細胞導入用脂質膜カプセルのオンチップ作製機構を組み込み，細胞内に導入可能なセンサ作製システムを実現する．
（２）作製したカプセル型センサを用いた細胞内部の局所マルチパラメータ計測
細胞内導入用カプセルセンサを用いて細胞内の局所部位の粘度を計測する．細胞内でのセンサの操作には光ピンセットを用いる．任意の場所へセンサへ搬送後，細胞内でレーザ加熱システムでカプセル内の温度を設定値に制御した状態で微粒子のブラウン運動を計測し，粘度に計算する．また，カプセル部にカルシウムやカリウムなどの生理計測用蛍光色素を導入し，生理状態と物理状態のマルチパラメータ計測を行う．