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単一細胞の超高精度・超高速連続操作のためのオンチップロボットの開発

研究課題

研究課題/領域番号 12J10106
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 知能機械学・機械システム
研究機関大阪大学 (2013)
名古屋大学 (2012)

研究代表者

佐久間 臣耶  大阪大学, 大学院工学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2012 – 2013
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
2013年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2012年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードマイクロロボット / マイクロ流体チップ / ロボチップ / ハイスループット / 力学的特徴量計測 / オンチップロボティクス / 赤血球 / 卵子 / 変位縮小機構
研究概要

微細加工技術の発展とともに, 単一細胞・微生物の特徴量計測はバイオテクノロジー分野で大変重要になってきている. 特に, 力学的特徴量計測のためには, 細胞を単一細胞レベルで大量に操作可能な技術開発が必要である. 我々は, ハイスループット処理が可能なマイクロ流体チップ内での細胞操作に対して, ロボット技術を統合し, 搬送流路系において単一細胞の機械的連続計測を目的としている. 25年度は, 細胞の機械的特徴量計測に関して, 細胞のサイズに応じてシステム構築およびその評価を行った. 直径が数マイクロメートルの細胞として赤血球を対象とし, その変形能に着目した機械的特徴量計測システムを構築した. システムを用いて, マイクロ流路内の赤血球を, 位置決め精度±0.24マイクロメートル, 駆動周波数20ヘルツと超精密・超高速に細胞を位置決めを達成した. さらに, 構築したシステムを用いて, 赤血球の体内循環時の毛細血管通過時の疲労特性評価を目的とした赤血球疲労評価を行い, その伸展能および回復能も用いることでこれを定量的に評価する方法を提案した. 直径が数十マイクロメートル, 数百マイクロメートルの細胞に関しては, 動物細胞およびウシ・マウス卵子をそれぞれ対象として, 前年度までに構築したロボット統合型マイクロ流体チップを用いた, 画像フィードバックを用いた連続機械的特徴量計測を行った. 流路内に投入した細胞をチップ外部に配置したシリンジポンプを用いて, チップ内の計測部へと搬送した後, チップに配置したプローブにより細胞を物理操作で変形させ, 高速度カメラにて細胞の変形量および細胞の反力を計測する. これらの情報を基に細胞の力学的特徴量を計測し, 20/個のスループットで自動連続計測に成功した. 本手法は, 細胞の力学的特徴量のデータベース化だけでなく, 細胞の品質評価, 発生評価に貢献し得る.

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

報告書

(2件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2014 2013 2012

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (10件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Red blood cell fatigue evaluation based on the close-encountering point between extensibility and recoverability2014

    • 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

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A new dimensionless indexfor evaluating cell stiffness-based deformability in microchannel2014

    • 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

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cellular force measurement using a nanometric-probe-integrated microfluidic chip with a displacement reduction mechanism2013

    • 著者名/発表者名
      S. Sakuma and F. Arai
    • 雑誌名

      Journal of Robotics and Mechatronics

      巻: Vol.25(2) ページ: 277-284

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fabrication of nanopillar micropatterns by hybrid mask lithography for surface-directed liquid flow2013

    • 著者名/発表者名
      S. Sakuma, M. Sugita and F. Arai
    • 雑誌名

      Micromachines

      巻: Vol.4(2) 号: 2 ページ: 232-242

    • DOI

      10.3390/mi4020232

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cellular Force Measurement Using a Nanometric-Probe-Integrated Microfluidic Chip with a Displacement Reduction Mechanism2013

    • 著者名/発表者名
      Shinya Sakuma, Fumihito Arai
    • 雑誌名

      Journal of Robotics and Mechatronics

      巻: Vol.25,No.2 ページ: 277-284

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Realization of 240 nanometer resolution of cell positioning by a virtualflow reduction mechanism2014

    • 著者名/発表者名
      S. Sakuma, K. Kuroda, M. Kaneko and F. Arai
    • 学会等名
      27th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS2014)
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 赤血球の回復特性を利用した血漿分離2013

    • 著者名/発表者名
      門澤拓海, 蔡佳宏, 佐久間臣耶, 新井史人, 金子真
    • 学会等名
      第14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 SI2013
    • 発表場所
      神戸, 日本
    • 年月日
      2013-12-19
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 細胞ストレステストの高速安定化2013

    • 著者名/発表者名
      黒田圭介, 福井航, 金子真, 佐久間臣耶, 新井史人
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2013
    • 発表場所
      つくば, 日本
    • 年月日
      2013-05-13
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Stable cellular force measurement by on-chip robotic probe using surfac e-directed liquid flow2013

    • 著者名/発表者名
      S. Sakuma, M. Sugita and F. Arai
    • 学会等名
      17th Int. Conf. on the Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers2013)
    • 発表場所
      Barcelona, SPAIN
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] A new index of cell fatigue under reciprocative stress test2013

    • 著者名/発表者名
      K. Kuroda, W. Fukui, M. Kaneko, S. Sakuma and F. Arai
    • 学会等名
      17th Int. Conf. on Miniaturized System for Chemistry and Life Sciences (micro-TAS)
    • 発表場所
      Freiburg, GERMANY
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Cell vibro-deformability2013

    • 著者名/発表者名
      S. Sakuma, K. Kuroda, F. Arai and M. Kaneko
    • 学会等名
      17th Int. Conf. on Miniaturized System for Chemistry and Life Sciences (micro-TMS)
    • 発表場所
      Freiburg, GERMANY
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] High throughput mechanical characterization of oocyte using robot integrated microfluidic chip2013

    • 著者名/発表者名
      S. Sakuma, T. Bilal and F. Arai
    • 学会等名
      2013 IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems (IROS2013)
    • 発表場所
      Tokyo, JAPAN
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] OCIAN; on-chip impedance analyzer formeasurement of cellular mechanical parameters2012

    • 著者名/発表者名
      S. Sakuma and F. Arai
    • 学会等名
      the 2012 IEEE Int. Symp. on Micro-Nano Mechatronicics and Human Science (MHS2012)
    • 発表場所
      Nagoya, Japan
    • 年月日
      2012-11-06
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Cellular mechanical impedance measurement by robot integrated microfluidic chip with width tunable microchannel2012

    • 著者名/発表者名
      S. Sakuma and F. Arai
    • 学会等名
      16th Int. Conf. on Miniaturized Syatem for Chemistry and Life Sciences (micro-TAS 2012)
    • 発表場所
      Okinawa, Japan
    • 年月日
      2012-10-29
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] ハイパワー・超精密オンチップロボットによる細胞の力計測2012

    • 著者名/発表者名
      佐久間臣耶, 新井史人
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2012
    • 発表場所
      浜松
    • 年月日
      2012-05-29
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [図書] オンチップロボティクスによる高速・高精度細胞操作2013

    • 著者名/発表者名
      佐久間臣耶, 金子真, 新井史人
    • 総ページ数
      4
    • 出版者
      化学とマイクロ・ナノシステム学会誌 vol. 12 (2)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2013-04-25   更新日: 2024-03-26  

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