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高密度マイクロフルーイディックストレージによる高速有用微生物探索デバイスの開発

研究課題

研究課題/領域番号 13J01428
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 応用微生物学
研究機関筑波大学

研究代表者

佐々 文洋  筑波大学, 生命環境系, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
4,320千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 720千円)
2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2013年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワード微生物 / 培養デバイス / MEMS / スクリーンニング / 単離 / 微小ゲル / 画像解析 / 国際研究者交流(米国) / 培養 / ゲル / マイクロマシンニング / アレイ
研究実績の概要

従来の新規有用微生物探索を目的とした環境サンプルのスクリーニング研究の多くは、シャーレやウェルプレートを用いて、単離・培養・分析を行ってきた。しかし、この方法では同時に処理できる培養数は数百程度に限られる。そこで本研究では、マイクロマシンニング技術を用いることで、1プレートあたり1万単位の独立した長期微生物培養および単菌レベルの微量な代謝物の検出の実現を目的としたアレイ型培養デバイスを作製した。デバイスは、円形のガラス基板(φ3 inch,厚さ500 μm)を基板とし、フォトリソグラフィーによって形成された80 μm角の孔が約10万個アレイ状に並んだ樹脂層を持つ。脂層の上面は超撥水処理(接触角130°)が施されており、各孔には独立にLB寒天培地が充填されている。密度を適切に調整した菌懸濁液をデバイスに導入することにより、各ゲルにそれぞれ0個から数個程度の菌が播種され、確率的な一括した単離が可能となる。ゲルの持つ保水性によりわずか5 nLでありながら、培地の蒸発を抑え長時間の培養が可能となる。
最終年度では、作製したアレイ型培養デバイスをリアルタイムで培養観察可能な顕微鏡-培養環境定常化装置を開発し、タイムラプス動画像の取得に成功した。また、得られた動画像からグロースカーブおよびそこから得られる1チャンバーごとの成長情を抽出するためのコンピュータ画像解析を開発し1000単離菌体規模の常食と気勢を一括して評価することに成功した。さらに菌が増殖した特定のゲルに対し、実体顕微鏡、およびニードルを固定した電動ステージによる、半自動での1ゲルのピックアップに成功した。本ストレージデバイスは当初計画していた液滴によるアレイを試行錯誤の上で改良し、液滴を液体ではなくゲル培地とすることで、単離培養密度を当初目標の1平方センチメートル当たりに33個から3096個することに成功、当初目標の約100倍の高密度化を実現している。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2016 2015 2014 2013

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件) 図書 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Electrochemical Bubble-Based Bidirectional Microfluidic Transport2016

    • 著者名/発表者名
      H. Obata, T. Kuji, K. Kojima, F. Sassa, M. Yokokawa, K. Takekoshi, H. Suzuki
    • 雑誌名

      ACS Sensors

      巻: 1 号: 2 ページ: 190-196

    • DOI

      10.1021/acssensors.5b00059

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ナノリットルでOK.液滴による化学分析2015

    • 著者名/発表者名
      佐々文洋
    • 雑誌名

      生物工学会誌

      巻: 93 ページ: 158-158

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] ナノリットルでOK.液滴による化学分析2015

    • 著者名/発表者名
      佐々文洋
    • 雑誌名

      生物工学会誌(総説)

      巻: 93 ページ: 158-158

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [学会発表] Programmable droplet processing device for bio/chemical analysis2016

    • 著者名/発表者名
      Fumihiro Sassa, Kenshi Hayashi, Hiroaki Suzuki
    • 学会等名
      EMN meeting on Droplets 2016
    • 発表場所
      San Sebastian, Spain
    • 年月日
      2016-05-10
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 微量液滴操作技術と生物/化学MEMS2015

    • 著者名/発表者名
      佐々文洋
    • 学会等名
      第2回「鉄鋼材料の生物劣化を誘導する影響因子の解明」自主フォーラム研究
    • 発表場所
      産業技術総合研究所,茨城県・つくば市
    • 年月日
      2015-11-26
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 半導体メモリのように化学物質を展開・格納可能なオンデマンド化学ライブラリーチップ2015

    • 著者名/発表者名
      佐々文洋, Klavs F. Jensen
    • 学会等名
      第32回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • 発表場所
      朱鷺メッセ、新潟県・新潟市
    • 年月日
      2015-10-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 100,000個規模のマイクロ培養ゲルアレイと画像解析による微生物スクリーニングシステム2013

    • 著者名/発表者名
      佐文洋, 清川達則, 濱田将風, 稲葉知大, 尾花望, 長田啓司, 横川雅俊, 豊福雅典, 鈴木博章, 野村暢彦
    • 学会等名
      2013年度バイオフィルムと複合微生物系研究会
    • 発表場所
      宇都宮大学
    • 年月日
      2013-12-07
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 微生物スクリーニングを目的とした高密度単離培養マイクロゲルアレイ2013

    • 著者名/発表者名
      佐々文洋, 清川達則, 濱田将風, 稲葉知大, 尾花望, 横川雅俊, 豊福雅典, 鈴木博章, 野村暢彦
    • 学会等名
      第29回日本微生物生態学会大会
    • 発表場所
      仙台国際センター
    • 年月日
      2013-11-23
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] ゲル充填マイクロ孔アレイによる微生物の高密度単離培養2013

    • 著者名/発表者名
      佐々文洋, 清川達則, 濱田将風, 稲葉知大, 尾花望, 横川雅俊, 豊福雅典, 鈴木博章, 野村暢彦
    • 学会等名
      第30回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム, 仙台国際センター
    • 発表場所
      仙台国際センター
    • 年月日
      2013-11-06
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [図書] ソフト・ドリンク技術資料/№1772015

    • 著者名/発表者名
      稲葉知大,尾花望,清川達則,吉田圭太朗,佐々文洋,尾形敦,野村暢彦
    • 総ページ数
      22
    • 出版者
      全国清涼飲料工業会
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [産業財産権] 細胞培養用デバイス2014

    • 発明者名
      野村暢彦, 鈴木博章, 佐々文洋, 清川達則, 横川雅俊, 豊福雅典, 尾花望, 濱田将風, 稲葉知大
    • 権利者名
      筑波大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2014-01-22
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2014-01-29   更新日: 2024-03-26  

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