超高速細胞システム特性計測

• 研究領域: 超高速バイオアセンブラ
• 研究課題/領域番号: 23106003
• 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: 理工系
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 金子 真 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70224607)
• 研究分担者: 東森 充 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (30346522) ; 多田隈 建二郎 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (30508833)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 120,640千円 (直接経費: 92,800千円、間接経費: 27,840千円); 2015年度: 14,820千円 (直接経費: 11,400千円、間接経費: 3,420千円); 2014年度: 19,500千円 (直接経費: 15,000千円、間接経費: 4,500千円); 2013年度: 16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円); 2012年度: 19,240千円 (直接経費: 14,800千円、間接経費: 4,440千円); 2011年度: 50,700千円 (直接経費: 39,000千円、間接経費: 11,700千円)
• キーワード: 高速ビジョン / 高速アクチュエータ / 高速細胞マニピュレーション / マイクロ流体チップ / 細胞ストレス試験 / 高速細胞特性計測 / 細胞変形能計測 / 受動的計測法 / 能動的計測法 / マイクロ流路 / マイクロチップ / 高速細胞計測 / 高速細胞ストレス試験 / 高速細胞変形能試験 / 細胞変形能 / 細胞変形回復能 / 細胞伸展能 / 細胞機械インピーダンス / メカトロニクス

研究成果の概要

高速アクチュエータと実時間高速ビジョンを用いてマイクロ流体チップ内の細胞を高速かつ正確に操作する方法について研究し、最高130Hzの動特性を実現した。またチップの弾性効果を用いることにより、最高位置決め分解能250ナノメートルを実現した。さらに高速かつ高分解能を実現する方法として、制御系のサンプリング周波数を上げる方法を示した。この高速・高分解能細胞操作システムを用いて、細胞ストレス試験というこれまでにない新しいバイオ試験方法を提案した。ここで細胞ストレス試験とは、マイクロ流路内に狭窄部を導入し、狭窄部出入り口間で細胞を往復運動させることにより、細胞の疲労限界を評価するものである。

研究成果

• [雑誌論文] Cell Pinball: Phenomenon and Mechanism of Inertia-Like Cell Motion in a Microfluidic Channel (2016)
  • 著者名/発表者名: C. Tsai and M. Kaneko
  • 雑誌名: Biomicrofluidics 巻: 10 号: 2 ページ: 024116-024116
  • DOI: 10.1063/1.4945412
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cell Pinball: Phenomenon and mechanism of inertia-like cell motion in a microfluidic channel (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Murakami, C. Tsai, M. Kaneko, S. Sakuma, and F. Arai
  • 雑誌名: Lab on a Chip 巻: 15 号: 16 ページ: 3307-3313
  • DOI: 10.1039/c5lc00535c
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] On-Chip Actuation Transmitter for Enhancing the Dynamic Response of Cell Manipulation using a Macro-scale Pump (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Monzawa, M. Kaneko, C. Tsai, S. Sakuma, and F. Arai
  • 雑誌名: Biomicrofluidics 巻: 9 号: 1 ページ: 014114-014114
  • DOI: 10.1063/1.4907757
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High Resolution Cell Positioning Based on a Flow Reduction Mechanism for Enhancing Deformability Mapping (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Sakuma, K. Kuroda, F. Arai, T. Taniguchi, T. Ohtani, Y. Sakata, and M. Kaneko
  • 雑誌名: Micromachines 巻: 5 号: 4 ページ: 1188-1201
  • DOI: 10.3390/mi5041188
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Geometrical Alignment for Improving Cell Evaluation in a Microchannel with Application on Multiple Myeloma Red Blood Cells (2014)
  • 著者名/発表者名: C. Tsai, S. Sakuma, F. Arai, T. Taniguchi, T. Ohtani, Y. Sakata and M. Kaneko
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 4 号: 85 ページ: 45050-45058
  • DOI: 10.1039/c4ra08276a
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Deformation behavior of agar gel on a soft substrate during instrumental compression and its computer simulation (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Nakauma, S. Ishihara, T. Funami, T. Yamamoto and M. Higashimori
  • 雑誌名: Food Hydrocolloids 巻: 36 ページ: 301-307
  • DOI: 10.1016/j.foodhyd.2013.09.022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ocular Surface Displacement with and without Contact Lenses during Non-Contact Tonometry (2014)
  • 著者名/発表者名: Rimayanti U., Kuchi Y., Umemura S., Takenaka J., Mochizuki H., and Kaneko M
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 9 号: 4 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0096066
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Red blood cell fatigue evaluation based on the close-encountering point between extensibility and recoverability (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Sakuma, K. Kuroda, C. Tsai, W. Fukui, F. Arai and M. Kaneko
  • 雑誌名: Lab on a chip 巻: Vol.14(6) 号: 6 ページ: 1135-1141
  • DOI: 10.1039/c3lc51003d
  • 査読あり
• [雑誌論文] A new dimensionless indexfor evaluating cell stiffness-based deformability in microchannel (2014)
  • 著者名/発表者名: C. Tsai, S. Sakuma, F. Arai and M. Kaneko
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Biomedical Engineering 巻: Vol.61(4) 号: 4 ページ: 1187-1195
  • DOI: 10.1109/tbme.2013.2296624
  • 査読あり
• [雑誌論文] A device for the rapid transfer/transplantation of living cell sheets with the absence of cell damage (2013)
  • 著者名/発表者名: Tadakuma K, Tanaka N, Haraguchi Y, Higashimori M, Kaneko M, Shimizu T, Yamato M, Okano T.
  • 雑誌名: Biomaterials 巻: Vol.34 号: 36 ページ: 9018-9025
  • DOI: 10.1016/j.biomaterials.2013.08.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Splitting culture medium by air-jet and rewetting for the assessment of the wettability of cultured epithelial cell surfaces (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanaka N, Kondo M, Uchida R, Kaneko M, Sugiyama H, Yamato M, and Okano T
  • 雑誌名: Biomaterials 巻: 34 号: 36 ページ: 9082-9088
  • DOI: 10.1016/j.biomaterials.2013.08.029
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Novel Heart Failure Mice Model of Hypertensive Heart Disease by Angiotensin II Infusion, Nephrectomy, and Salt Loading (2013)
  • 著者名/発表者名: Tsukamoto Y, Komuro I（15人中15番目）
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol. 巻: 305 号: 11 ページ: 1658-1667
  • DOI: 10.1152/ajpheart.00349.2013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interleukin-16 promotes cardiac fibrosis and myocardial stiffening in heart failure with preserved ejection fraction. (2013)
  • 著者名/発表者名: Tamaki S, Komuro I (19人中19番目）
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 8 号: 7 ページ: e68893-e68893
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0068893
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of Deformable Objects by Using Dynamic Nonprehensile Manipulation (2013)
  • 著者名/発表者名: I. G. Ramirez-Alpizar
  • 雑誌名: Journal of Robotics and Mechatronics 巻: vol.25 ページ: 252-261
  • 査読あり
• [雑誌論文] 幾何学的運動拘束を利用した拘束・高精度細胞マニピュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 福井航
  • 雑誌名: 日本ロボット学会誌 巻: Vol.30 ページ: 655-661
  • 査読あり
• [雑誌論文] 塑性変形分布則に基づくレオロジー物体の能動的概形シェイピング (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉本佳世
  • 雑誌名: 計測自動制御学会論文集 巻: vol.48 ページ: 553-562
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modeling, Sensing and Interpretation of Viscoelastic Contact Interface (2012)
  • 著者名/発表者名: C. Tsai
  • 雑誌名: Journal of Advanced Robotics 巻: vol.26 号: 11-12 ページ: 1393-1418
  • DOI: 10.1080/01691864.2012.689744
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic Nonprehensile Manipulation for Rotating a Thin Deformable Object: an Analogy to Bipedal Gaits (2012)
  • 著者名/発表者名: I. G. Ramirez-Alpizar
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Robotics 巻: vol.28 号: 3 ページ: 607-618
  • DOI: 10.1109/tro.2011.2181098
  • 査読あり
• [学会発表] Cell Pinball現象と細胞直径との相関 (2015)
  • 著者名/発表者名: 村上 遼，Chia-Hung Dylan Tsai，金子 真，佐久間 臣耶，新井 史人
  • 学会等名: 第16回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会(SI2015)
  • 発表場所: 愛知県，名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-12-14
• [学会発表] Frequency Responses of On-Chip Pressure Sensor with Different Deformation Chambers (2015)
  • 著者名/発表者名: C. Tsai and M. Kaneko
  • 学会等名: International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science (MHS2015)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-11-24
  • 国際学会
• [学会発表] Pressure Transmitter for Local Pressure Sensing in a Microchannel (2015)
  • 著者名/発表者名: C. Tsai and M. Kaneko
  • 学会等名: IEEE International Conference on Nano/Molecular Medicine and Engineering (NANOMED2015)
  • 発表場所: Waikiki, Hawaii, USA
  • 年月日: 2015-11-17
  • 国際学会
• [学会発表] On-Chip Micro Manometer (2015)
  • 著者名/発表者名: C. Tsai and M. Kaneko
  • 学会等名: International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS15)
  • 発表場所: Gyeongju, Korea
  • 年月日: 2015-10-26
  • 国際学会
• [学会発表] An On-Chip, Electricity-Free and Single-Layer Pressure Sensor for Microfluidic Applications (2015)
  • 著者名/発表者名: C. Tsai, T. Nakamura and M. Kaneko
  • 学会等名: IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS2015)
  • 発表場所: Hamburg, Germany
  • 年月日: 2015-09-29
  • 国際学会
• [学会発表] Cell Pinball: 回転トリガに関する考察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 村上 遼，蔡 佳宏，金子 真，佐久間 臣耶，新井 史人
  • 学会等名: 第33回日本ロボット学会学術講演会
  • 発表場所: 東京都，東京電機大学
  • 年月日: 2015-09-04
• [学会発表] Novel Microfluidic Chip for Extracting Cell Deformability, IEEE International Conference on Mechatronics and Automation (2015)
  • 著者名/発表者名: C. Tsai, K. Mizoue, M. Kaneko, S. Sakuma and F. Arai
  • 学会等名: IEEE International Conference on Mechatronics and Automation (ICMA2015)
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2015-08-05
  • 国際学会
• [学会発表] Characteristics of Vision-Based On-Chip Pressure Sensor with Different Concentrations of Sensing Fluid (2015)
  • 著者名/発表者名: F. Hesse, C. Tsai and M. Kaneko
  • 学会等名: IEEE International Conference on Mechatronics and Automation (ICMA2015)
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2015-08-03
  • 国際学会
• [学会発表] Cell Pinball: What is the Physics (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Murakami, M. Kaneko, S. Sakuma, and F. Arai
  • 学会等名: IEEE MEMS2015
  • 発表場所: Portugal, Estril
  • 年月日: 2015-01-18 – 2015-01-22
• [学会発表] On-Chip Pressure sensing by Visualizing PDMS Deformation Using Microbeads (2015)
  • 著者名/発表者名: C. Tsai and M. Kaneko
  • 学会等名: IEEE MEMS2015
  • 発表場所: Portugal, Estril
  • 年月日: 2015-01-18 – 2015-01-22
• [学会発表] Fluid Seperated Volumetric Flow Converter for High Speed and Precise Cell Position Contrl (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Monzawa, S. Sakuma, F. Arai, and F. Arai
  • 学会等名: IEEE MEMS2015
  • 発表場所: Portugal, Estril
  • 年月日: 2015-01-18 – 2015-01-22
• [学会発表] Evaluation of Cell Deformability through Fluidic Micro Channel (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Kaneko
  • 学会等名: URAI2014
  • 発表場所: Malaysia, Kuala Lumpur
  • 年月日: 2014-11-12 – 2014-11-15
  • 招待講演
• [学会発表] Improving the evaluation of cell deformability by different channel width in a microfluidic device (2014)
  • 著者名/発表者名: C. Tsai, M. Kaneko and F. Arai
  • 学会等名: URAI2014
  • 発表場所: Malaysia, Kuala Lumpur
  • 年月日: 2014-11-12 – 2014-11-15
• [学会発表] Cell Pinball (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Murakami, M. Kaneko, S. Sakuma, and F. Arai
  • 学会等名: IEEE MHS2015
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-12
• [学会発表] What Is The Difference Of Cell Deformation Between Push And Pull? (2014)
  • 著者名/発表者名: C. Tsai, S. Sakuma, F. Arai and M. Kaneko
  • 学会等名: MicroTAS2014
  • 発表場所: San Antonio, USA
  • 年月日: 2014-10-26 – 2014-10-30
• [学会発表] Red Blood Cell Deformability Checker with Water/Plasma Pressure Transmitter (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Monzawa, S. Sakuma, F. Arai and M. Kaneko
  • 学会等名: MicroTAS2014
  • 発表場所: San Antonio, USA
  • 年月日: 2014-10-26 – 2014-10-30
• [学会発表] Automated High-Throughput and High-Resolution Cell Deformability Mapping System (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Sakuma, F. Arai and M. Kaneko
  • 学会等名: MicroTAS2014
  • 発表場所: San Antonio, USA
  • 年月日: 2014-10-26 – 2014-10-30
• [学会発表] Image-Based Screening for Erythrocyte Characteristics of Patients Receiving Dialysis Service (2013)
  • 著者名/発表者名: Tsai C, Yoshikawa S, Sakuma S, Arai F, Kaneko M
  • 学会等名: ASN Kidney Week 2013 Annual Meeting
  • 発表場所: Atlanta, USA
• [学会発表] Realtime Cell Tracking in a Microchannel (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa S, Tsai C, Sakuma S, Arai F, Kaneko M
  • 学会等名: The 10th Int. Conf. on Ubiquitous Robots and Ambient Intelligence
  • 発表場所: Jeju, Korea
• [学会発表] Normalization of Flow-in Velocity for Improving the Evaluation on Cell Deformability (2013)
  • 著者名/発表者名: Tsai C, Sakuma S, Kaneko M, Arai F
  • 学会等名: IEEE Int. Conf. on Mechatronics and Automation
  • 発表場所: Takamatsu, Japan
• [学会発表] Distinct Patterns of Cell Motion Inside a Micro-Channel under Different Osmotic Conditions (2013)
  • 著者名/発表者名: Tsai C, Sakuma S, Arai F, Kaneko M
  • 学会等名: 35th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society
  • 発表場所: Osaka, Japan
• [学会発表] Observability of Cell Stiffness in Micro-Channel Method (2013)
  • 著者名/発表者名: Tsai C, Sakuma S, Arai F, Kaneko M
  • 学会等名: IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation
  • 発表場所: Karlsruhe, Germany
• [学会発表] Biomechanical Properties of Red Blood Cell through the Motion inside a Micro-channel (2012)
  • 著者名/発表者名: C. Tsai
  • 学会等名: 23rd 2012 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science (MHS12)
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県）
  • 年月日: 2012-11-06
• [学会発表] Omnidirectional Driving Gears and their Input Mechanism with Passive Rollers (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Tadakuma
  • 学会等名: IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS2012)
  • 発表場所: Vilamoura, Algarve, Portugal
  • 年月日: 2012-10-07
• [学会発表] Identification of a Thin Flexible Object with Bipedal Gaits (2012)
  • 著者名/発表者名: I. G. Ramirez-Alpizar
  • 学会等名: 8th IEEE Int. Conf. on Automation Science and Engineering (CASE2012)
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 2012-08-23
• [学会発表] Tongue Elasticity Sensing with Muscle Contraction Monitoring (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Shibata
  • 学会等名: 2012 ICME Int. Conf. on Complex Medical Engineering (CME2012)
  • 発表場所: 兵庫県神戸市（日本）
  • 年月日: 2012-07-02
• [学会発表] Droplet Hardness for Tissue Engineering (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Kaneko
  • 学会等名: 4th IEEE RAS/EMBS Int. Conf. on Biomedical Robotics and Biomechatronics (BioRob2012)
  • 発表場所: Roma, Italy
  • 年月日: 2012-06-25
• [学会発表] μ-cell fatigue test (2012)
  • 著者名/発表者名: W. Fukui
  • 学会等名: IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation (ICRA2012)
  • 発表場所: St. Paul, MN, USA
  • 年月日: 2012-05-17
• [学会発表] Robotic Finger Mechanism Equipped Omnidirectional Driving Roller with Two Active Rotational Axes (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Tadakuma
  • 学会等名: IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation (ICRA2012)
  • 発表場所: St. Paul, MN, USA
  • 年月日: 2012-05-16
• [学会発表] Study on the Omnidirectional Driving Gear Mechanism (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Tadakuma
  • 学会等名: IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation (ICRA2012)
  • 発表場所: St. Paul, MN, USA
  • 年月日: 2012-05-16
• [学会発表] Additional Manipulating Function for Limited Narrow Space with Omnidirectional Driving Gear (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Tadakuma
  • 学会等名: IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS2012)
  • 発表場所: Vilamoura, Algarve, Portugal
• [学会発表] Enhanced Cell Stiffness Evaluation by Two-Phase Decomposition
  • 著者名/発表者名: C. Tsai
  • 学会等名: 16th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (microTAS12)
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター（沖縄県）
• [学会発表] Evaluation of Cell Impedance Using a μ-channel
  • 著者名/発表者名: C. Tsai
  • 学会等名: 34th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society (EMBC12)
  • 発表場所: San Diego, USA
• [学会発表] Phase Decomposition of a Cell Passing Through a μ-channel - A Method for Improving the Evaluation of Cell Stiffness
  • 著者名/発表者名: C. Tsai
  • 学会等名: IEEE Int. Conf. on Mechatronics and Automation (ICMA12)
  • 発表場所: Chengdu, China
• [備考] Makoto Kaneko Web Site
  • URL: http://www-hh.mech.eng.osaka-u.ac.jp/~mk/Index-j.html
• [備考] マイクロ流路を用いた超高速・超高分解能細胞変形能計測装置
  • URL: http://www.dma.jim.osaka-u.ac.jp/html/seeds/ja/2254/10681490/O130001_kaneko.pdf
• [産業財産権] 3次元細胞集合体の作製方法 (2015)
  • 発明者名: 横山詩子，金子真，石川義弘，新井文史，佐久間臣耶
  • 権利者名: 横山詩子，金子真，石川義弘，新井文史，佐久間臣耶
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2015-02-23
• [産業財産権] 分析装置、分析方法 (2012)
  • 発明者名: 金子 真
  • 権利者名: 金子 真
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2012-07-31
  • 外国