ポストコッホ微生物の分離・培養の技術革新

• 研究領域: 超地球生命体を解き明かすポストコッホ機能生態学
• 研究課題/領域番号: 19H05680
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 複合領域
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 佐々 文洋 九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (30722681)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 93,730千円 (直接経費: 72,100千円、間接経費: 21,630千円); 2023年度: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円); 2022年度: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円); 2021年度: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円); 2020年度: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円); 2019年度: 26,650千円 (直接経費: 20,500千円、間接経費: 6,150千円)
• キーワード: BioMEMS / ポストコッホ / ゲル充填マイクロウェルアレイ / マイクロロボット / 微生物 / マイクロフルイディックデバイス / ソフトロボット / 組み合わせ培養 / 組み合わせ培養・分離 / MEMS / 組み合わせ分離・培養

研究開始時の研究の概要

現在の微生物学研究で用いられている培養機器は100 年以上前に開発されたものであり、改良の余 地を多く残している。特に未発見の種を含む膨大な微生物種とその生理的機能の多様性の全貌を解明するため には、従来とは桁違いの数のサンプルを処理可能な微生物分離・培養・解析システムの構築が必要で ある。本研究ではマイクロマシンニング技術を用いて、１プレートで 10 万－100 万単位の単離 培養・分析・保存を可能とする次世代の微生物学研究用ツールを構築する。これにより、従来法では 分離できなかった微生物（微生物ダークマター）のスクリーニングおよび、数種類の微生物の相互作用に基づく複合微生物系の一括分析を目指す。

研究成果の概要

ポストコッホ微生物培養技術の開発として、様々な菌種・培養条件・分析用途に合わせた材質・設計の異なる19種類のゲル充填培養アレイデバイスを開発した。また、各デバイス種類に対応した、一括植菌操作用デバイスなど10種類の補助ツールの開発、微生物培養アレイ操作を目的としたマイクロロボットの基礎技術を確立した。他の計画班との共同研究にて本デバイスを用いた新規微生物種が発見されるなど大きな進展を見せた。これら開発したすべてのデバイスの加工プロセス・設計データをまとめたライブラ化しおよび誰にでも簡便に扱うことのできるデバイスとしての本マイクロ培養デバイスの標準実験操作マニュアルを作成した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

従来にない高効率の微生物の培養・分離操作の実現を目的とし、微細加工技術を用いたポストコッホ培養分離ツール群の開発を行った。このデバイスは従来のシャーレを用いた培養と比べ1/5000程度の体積で同等の数の個別培養を可能とする。このデバイスを実証するために領域内を含む国内外の共同研究先で実証実験を行いその有効性、ツールとしての操作性・実用性を実証した。また、この培養アレイを操作するための多数の培養チャンバーを一括して操作する補助ツールの開発やマイクロロボット技術と組み合わせた新規培養操作技術など次世代の大規模集積微生物培養技術の基礎技術を構築した。

研究成果

• [国際共同研究] University of Pau and Pays de l'Adour(フランス)
• [国際共同研究] University of California San Diego(米国)
• [国際共同研究] University of Pau and Pays de l'Adour(フランス)
• [国際共同研究] Southwest University(中国)
• [国際共同研究] University of California San Diego(米国)
• [国際共同研究] Southwest University(中国)
• [国際共同研究] Shahjalal University(バングラデシュ)
• [雑誌論文] Two-Dimensional SERS Sensor Array for Identifying and Visualizing the Gas Spatial Distributions of Two Distinct Odor Sources (2024)
  • 著者名/発表者名: Chen Lin、Guo Hao、Wang Cong、Chen Bin、Sassa Fumihiro、Hayashi Kenshi
  • 雑誌名: Sensors 巻: 24 号: 3 ページ: 790-790
  • DOI: 10.3390/s24030790
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Visualization of the Gas Spatial Distribution of the Odor Source by SERS Gas Sensor (2024)
  • 著者名/発表者名: Chen Lin、Guo Hao、Matsuo Takuya、Sassa Fumihiro、Hayashi Kenshi
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering 巻: 19 号: 5 ページ: 876-881
  • DOI: 10.1002/tee.23988
  • 査読あり
• [雑誌論文] Active Optical Sensor Microrobot Equipped With Multi-DoF Gripper Arm Based on Kinetic Electronics (2023)
  • 著者名/発表者名: Otsuka Riku、Zhang Shiyi、Hayashi Kenshi、Sassa Fumihiro
  • 雑誌名: IEEE Sensors Letters 巻: 7 号: 9 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1109/lsens.2023.3303076
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An Odor Trace Visualization System Using a Two-Dimensional Backside Scattering Localized Surface Plasmon Resonance Gas Sensor (2023)
  • 著者名/発表者名: Yang Zhongyuan、Sassa Fumihiro、Hayashi Kenshi
  • 雑誌名: Sensors 巻: 23 号: 23 ページ: 9525-9525
  • DOI: 10.3390/s23239525
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spatiotemporal Visualization of Gases Using 2-D LSPR Gas Sensor (2023)
  • 著者名/発表者名: Matsuoka Masato、Lingpu Ge、Sassa Fumihiro、Hayashi Kenshi
  • 雑誌名: IEEE Sensors Letters 巻: 7 号: 9 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1109/lsens.2023.3301847
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Subpixel Patterned LSPR Gas Sensor Array With Using Inkjet Printing Au/Ag Nanoparticle to Enhance the Selectivity (2023)
  • 著者名/発表者名: Jiang Tianshu、Ye Xiao、Ge Lingpu、Guo Hao、Sassa Fumihiro、Hayashi Kenshi
  • 雑誌名: IEEE Sensors Letters 巻: 7 号: 9 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1109/lsens.2023.3300820
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of a microfluidic-based taste sensor using lipid polymer membrane (2023)
  • 著者名/発表者名: Tahara Yusuke、Sassa Fumihiro、Takigawa Ryo、Kurihara Yuma
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 62 号: SG ページ: SG1014-SG1014
  • DOI: 10.35848/1347-4065/acb4fa
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-cost gel-filled microwell array device for screening marine microbial consortium (2022)
  • 著者名/発表者名: Clelia Duran, Shiyi Zhang, Chongyang Yang, Maria Lorena Falco, Cristiana Cravo-Laureau, Chiho Suzuki-Minakuchi, Hideaki Nojiri, Robert Duran, Fumihiro Sassa
  • 雑誌名: Frontiers in Microbiology 巻: 13 ページ: 01-09
  • DOI: 10.3389/fmicb.2022.1031439
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A fully inkjet-printed disposable gas sensor matrix with molecularly imprinted gas-selective materials (2022)
  • 著者名/発表者名: Ge Lingpu、Ye Xiao、Yu Zeping、Chen Bin、Liu Chuanjun、Guo Hao、Zhang Shiyi、Sassa Fumihiro、Hayashi Kenshi
  • 雑誌名: npj Flexible Electronics 巻: 6 号: 1 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1038/s41528-022-00168-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Chemiresistor sensor matrix prepared by full-printing processes (2021)
  • 著者名/発表者名: Ge Lingpu、Ye Xiao、Chen Bin、Liu Chuanjun、Guo Hao、Sassa Fumihiro、Hayashi Kenshi
  • 雑誌名: Flexible and Printed Electronics 巻: 6 号: 1 ページ: 015013-015013
  • DOI: 10.1088/2058-8585/abec19
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Microfabricated electrochemical sensing devices (2020)
  • 著者名/発表者名: F. Sassa, G. C. Biswas, and H. Suzuki
  • 雑誌名: Lab Chip 巻: 20 号: 8 ページ: 1358-1389
  • DOI: 10.1039/c9lc01112a
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 2D SERS Gas Sensor for Visualization and Localization of the Odor Source (2023)
  • 著者名/発表者名: Chen Lin、Wang Cong、Guo Hao、Sassa Fumihiro、Hayashi Kenshi
  • 学会等名: 2023 IEEE SENSORS
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication of Biosensing Film Robot Based on Kinetic Electronics (2022)
  • 著者名/発表者名: Shiyi Zhang , Kenshi Hayashi , Joseph Wang , Fumihiro Sassa
  • 学会等名: Advances in Functional Materials2023
  • 国際学会
• [学会発表] Odor Source Detection with High Speed Multi Gas Sensing Robot System using AuNPs-Fluorescent Molecular coupling Opt-Chemical LSPR Sensor (2020)
  • 著者名/発表者名: Y Kusuda, Z Yang, K. Semas, F Sassa, K Hayashi
  • 学会等名: 2020 IEEE Sensors
  • 国際学会
• [学会発表] Ultra-high Sensitive SERS Gas Sensor to detect Geosmin (2020)
  • 著者名/発表者名: Lin Chen, Noriko Shiramatsu, Bin Chen, Fumihiro Sassa, Shoichi Sameshima, Tatsuya Seki, Kenshi Hayashi
  • 学会等名: 2020 IEEE Sensors
  • 国際学会
• [学会発表] 2D LSPR gas sensor with Au/Ag core-shell structure coated by fluorescent dyes (2020)
  • 著者名/発表者名: K Semasa, F Sassa, K Hayashi
  • 学会等名: 2020 IEEE Sensors
  • 国際学会
• [学会発表] Invisible Odor Trace Tracking with LSPR based High Speed Gas Sensor Robot System (2019)
  • 著者名/発表者名: Y Kusuda, Z Yang, T Soeda, F Sassa, K Hayashi
  • 学会等名: 18th IEEE Sensors, SENSORS 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Inkjet-printed Gas Sensor Matrix with Molecularly Imprinted Gas Selective Materials (2019)
  • 著者名/発表者名: L Ge, B Chen, H Kawano, F Sassa, K Hayashi
  • 学会等名: 18th IEEE Sensors, SENSORS 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Multi-layer Filter Structure for Molecular Selective SERS Gas Sensor (2019)
  • 著者名/発表者名: L Chen, B Chen, F Sassa, K Hayashi
  • 学会等名: 18th IEEE Sensors, SENSORS 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 2D LSPR multi gas sensor array with 4-segmented subpixel using Au/Ag core shell structure (2019)
  • 著者名/発表者名: T Soeda, Z Yang, F Sassa, Y Tomiura, K Hayashi
  • 学会等名: 18th IEEE Sensors, SENSORS 2019
  • 国際学会
• [備考] ポストコッホ生態
  • URL: https://postkoch.jp/
• [産業財産権] 操作装置及び操作方法 (2020)
  • 発明者名: 佐々文洋, 武居 修, 茂木一
  • 権利者名: 佐々文洋, 武居 修, 茂木一
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2020-102019
  • 出願年月日: 2020