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機能性ナノチャネル構造を用いた網羅的1細胞解析法の創成

研究課題

研究課題/領域番号 19H02574
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分28050:ナノマイクロシステム関連
研究機関名古屋大学

研究代表者

有馬 彰秀  名古屋大学, 未来社会創造機構, 特任講師 (20781347)

研究分担者 筒井 真楠  大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (50546596)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2021年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2020年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2019年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)
キーワードマイクロポア / イオン電流 / 1細胞解析 / ナノポア / 1細胞解析 / ナノチャネル / 1細胞
研究開始時の研究の概要

本研究では、単一細胞を捕捉・破砕可能なナノ構造を有し、破砕により抽出された細胞内包粒子を、1粒子レベルで電気的に検出可能な機能性ナノチャネル構造を創製する。また、当該粒子の検出で得られる電気的シグナルについて、形状における多数の特徴量を利用することで粒子種の高精度識別を行い、1細胞とその内容物を対応させた網羅的な解析法を創成する。

研究成果の概要

本研究では、1細胞を極薄のマイクロポアに電気的に捕捉し、ポアを流れるイオン電流の変化から細胞の状態が解析できることを顕微観察と微小電流の同時計測により実証した。また、このイオン電流変化には細胞が有するイオンチャネルの寄与が含まれることを見出した。加えて、機能性高分子を表面に修飾したポアへと細胞を捕捉することで1細胞レベルの能動的な破砕に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により、単純な細孔への電気的捕捉によって1細胞の状態が非破壊・非染色で簡便に評価できることが明らかになった。また細胞破砕能を付与したポアによる1細胞レベルの破砕技術は内包粒子の抽出へと繋がるため、今後ポア集積構造へと発展させることで、内包粒子の解析に基づく網羅的な評価が可能なシステムとして機能すると考えられる。

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件) 図書 (3件)

  • [雑誌論文] デジタル・トランスフォーメーションで変わる医療:ナノバイオデバイス、量子科学技術とAIが拓く未来医療2021

    • 著者名/発表者名
      有馬彰秀、馬場嘉信
    • 雑誌名

      Pharm Tech. Japan

      巻: 37 ページ: 85-90

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Detecting Single Molecule Deoxyribonucleic Acid in a Cell Using a Three‐Dimensionally Integrated Nanopore2021

    • 著者名/発表者名
      Tsutsui Makusu、Yokota Kazumichi、Arima Akihide、Washio Takashi、Baba Yoshinobu、Kawai Tomoji
    • 雑誌名

      Small Methods

      巻: 5 号: 9 ページ: 2100542-2100542

    • DOI

      10.1002/smtd.202100542

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Solid-State Nanopore Platform Integrated with Machine Learning for Digital Diagnosis of Virus Infection2021

    • 著者名/発表者名
      Akihide Arima, Makusu Tsutsui, Takashi Washio, Yoshinobu Baba, Tomoji Kawai
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: 93 号: 1 ページ: 215-227

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.0c04353

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Digital Pathology Platform for Respiratory Tract Infection Diagnosis via Multiplex Single-Particle Detections2020

    • 著者名/発表者名
      Akihide Arima, Makusu Tsutsui, Takeshi Yoshida, Kenji Tatematsu, Tomoko Yamazaki, Kazumichi Yokota, Shun’ichi Kuroda, Takashi Washio, Yoshinobu Baba, Tomoji Kawai
    • 雑誌名

      ACS Sensors

      巻: 5 号: 11 ページ: 3398-3403

    • DOI

      10.1021/acssensors.0c01564

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ナノポアデバイスによる単一生体粒子分析2020

    • 著者名/発表者名
      有馬彰秀
    • 雑誌名

      化学とマイクロ・ナノシステム

      巻: 19 ページ: 44-45

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] マイクロポアデバイスを用いた顕微観察とイオン電流計測による1細胞検出2022

    • 著者名/発表者名
      有馬 彰秀, 山内 晴加, 筒井 真楠, 馬場 嘉信
    • 学会等名
      日本化学会 第102春季年会 (2022)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ナノバイオデバイスを用いた単一生体粒子検出2021

    • 著者名/発表者名
      有馬彰秀, 筒井真楠, 吉田剛, 横田一道, 立松健司, 山﨑智子, 黒田俊一, 谷口正輝, 鷲尾隆, 川合知二, 馬場嘉信
    • 学会等名
      応用物理学会 有機分子・バイオエレクトロニクス分科会 研究会 「時代を切り拓く有機分子・バイオエレクトロニクス研究」(応用物理学会M&BE研究会)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ナノバイオデバイスによるイオン電流計測に基づく単一粒子分析法の開拓2021

    • 著者名/発表者名
      有馬彰秀
    • 学会等名
      第52回 中部化学関係学協会支部連合秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] マイクロポアデバイスを用いた1細胞解析に向けた基礎検討2021

    • 著者名/発表者名
      有馬彰秀, 山内晴加, 筒井真楠, 安井隆雄, 湯川博, 嶋田泰佑, 小野島大介, 馬場嘉信
    • 学会等名
      日本分析化学会第70年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 顕微観察とイオン電流計測による単一細胞の状態評価2021

    • 著者名/発表者名
      山内晴加, 有馬彰秀, 安井隆雄, 嶋田泰佑, 湯川博, 小野島大介, 馬場嘉信
    • 学会等名
      第52回 中部化学関係学協会支部連合秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] マイクロポアデバイスを用いた1細胞の電気的捕捉による状態評価2021

    • 著者名/発表者名
      山内晴加, 有馬彰秀, 筒井真楠, 安井隆雄, 嶋田泰佑, 湯川博, 小野島大介, 馬場嘉信
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第44回研究会(CHEMINAS 44)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] マイクロポアデバイスを用いた1細胞の電気的捕捉による識別と分離2021

    • 著者名/発表者名
      山内晴加, 有馬彰秀, 安井隆雄, 嶋田泰佑, 湯川博, 小野島大介, 馬場嘉信
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] マイクロポアデバイスを用いたイオン電流計測に基づく単一細胞の特性評価2021

    • 著者名/発表者名
      山内晴加, 有馬彰秀, 筒井真楠, 安井隆雄, 嶋田泰佑, 湯川博, 小野島大介, 馬場嘉信
    • 学会等名
      第44回キャピラリー電気泳動シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Single-Cell Analysis Using Pore Sensors2021

    • 著者名/発表者名
      Akihide Arima, Yoshinobu Baba
    • 学会等名
      PITTCON 2021 Conference and Expo
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ナノポアデバイスによる単一生体粒子分析2020

    • 著者名/発表者名
      有馬彰秀
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第42回研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ナノポアデバイスを用いた単一生体粒子分析2020

    • 著者名/発表者名
      有馬彰秀, 筒井真楠, 吉田剛, 横田一道, 立松健司, 山﨑智子, 黒田俊一, 谷口正輝, 鷲尾隆, 川合知二, 馬場嘉信
    • 学会等名
      応用物理学会 有機分子・バイオエレクトロニクス分科会 研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Single-Particle Analyses Using Nanobiodevices2019

    • 著者名/発表者名
      Akihide Arima
    • 学会等名
      4th Nagoya University‐UNC/NC State BME Seminar NLS Seminar/GTR Seminar
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Identifying Bioparticles at a Single-Particle Level by Machine-Learning Approach2019

    • 著者名/発表者名
      Akihide Arima, Makusu Tsutsui, Takeshi Yoshida, Kazumichi Yokota, Wataru Tonomura, Takao Yasui, Taisuke Shimada, Tomoko Yamazaki, Kenji Tatematsu, Shun’ichi Kuroda, Masateru Taniguchi, Takashi Washio, Tomoji Kawai, and Yoshinobu Baba
    • 学会等名
      10th International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE10)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] IDENTIFYING MULTIPLE VIRAL SPECIES AT A SINGLE PARTICLE LEVEL USING A COMBINATION OF NANOPORES AND MACHINE LEARNING APPROACH2019

    • 著者名/発表者名
      Akihide Arima, Makusu Tsutsui, Takeshi Yoshida, Kazumichi Yokota, Wataru Tonomura, Takao Yasui, Taisuke Shimada, Tomoko Yamazaki, Kenji Tatematsu, Shun’ichi Kuroda, Masateru Taniguchi, Takashi Washio, Tomoji Kawai, and Yoshinobu Baba
    • 学会等名
      The 23rd International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2019 Conference)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ナノバイオデバイスと機械学習の融合による多項目ウイルス識別2019

    • 著者名/発表者名
      有馬 彰秀、筒井 真楠、殿村 渉、横田 一道、安井 隆雄、嶋田 泰佑、山﨑 智子、立松 健司、黒田 俊一、谷口 正輝、鷲尾 隆、川合 知二、馬場 嘉信
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第39回研究会(Cheminas 39)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [図書] 医用工学ハンドブック (監: 佐久間 一郎、秋吉 一成、津本 浩平) 第2編 第5章 6 ナノバイオデバイスによる単一生体粒子分析2022

    • 著者名/発表者名
      馬場嘉信、安井隆雄、有馬彰秀
    • 総ページ数
      12
    • 出版者
      エヌ・ティー・エス
    • ISBN
      4860437357
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [図書] 最先端ナノライフシステム研究 (編: 最先端ナノライフシステム研究編集委員会) 第Ⅳ編 1章 ナノ・マイクロポアセンサを用いた単一生体粒子分析2022

    • 著者名/発表者名
      有馬彰秀、筒井真楠
    • 総ページ数
      6
    • 出版者
      丸善プラネット
    • ISBN
      9784863455207
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [図書] AI・ナノ・量子による超高感度・迅速バイオセンシング (監: 馬場嘉信、柳田 剛、加地範匡) 第III編 第10章 ナノスケールセンシングと人工知能の融合による ウイルス・細菌の変異・薬剤耐性予測システム創出の展望2021

    • 著者名/発表者名
      有馬彰秀、筒井真楠
    • 総ページ数
      7
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • ISBN
      9784781316093
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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