| 研究課題/領域番号 |
20H02588
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28050:ナノマイクロシステム関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
猪股 直生 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40712823)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2022年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2021年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
2020年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
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| キーワード | マイクロナノ温度センサ / 細胞 / 温度信号 / MEMS / 微細加工技術 / マイクロ温度センサ / 微小温度センサ / 温度モニタリング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
温度は生命の維持や細胞の機能発現に不可欠であるにも関わらず，それらと密接に関わりのある細胞の熱物性や熱機能の詳細は未だに明らかになっていない．計測対象は培養状態の細胞である一方，液体環境は熱損失が大きくなるため，液体(細胞培養)と，低熱損失環境が求められる高感度・分解能温度センサは本来相いれない．本研究では，微細加工技術によって作製した高感度温度センサと細胞培養－真空断熱系を組みあわせることで，高温度分解能(数u℃)かつ高応答性(サブミリ秒)を有し，培養細胞を計測対象とする温度センサデバイス・システムを実現する．単一の培養細胞からの温度信号をもとに，細胞の温度応答と伝熱機構を定量的に解明する．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，作製した単一細胞の温度計測デバイスを用いて，外部加熱時の細胞の温度応答に基づいて，その熱特性を評価した．環境温度や集光赤外線レーザによる局所加熱の周波数を変化させた際の細胞の温度信号から得た周波数スペクトルは，2Hz未満の帯域での信号強度が他より強度が大きかった．水の応答と類似している25℃時と比べて，37℃時における結果は顕著であった．周囲温度と局所加熱周波数を変えた時の細胞の熱伝導率と比熱は，37℃時での値は水よりも小さくなり，25℃時の値は水と同程度であった．以上より，細胞の熱特性が、環境温度や加熱周期に依存することを示した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
細胞が環境温度に対して，熱伝導率と比熱を変化させ，周囲の熱的な状況に都度適応していることが明らかになった．特に活性温度である37℃時の熱伝導率は加熱周期にも影響を受けたことから，何かしらの生理現象が誘発され，さらに，加熱周期によって誘発される現象が異なっていることが推測される．また，環境温度25℃時では水の熱物性値と同程度の値となり，これは的には水と大差ないことを意味する．化学固定によって細胞を熱的に不活性な状態にすると，熱伝導率が水と同程度になることは既に報告されており，本研究の成果では環境温度を下げるだけで熱的に不活性な状態を得ることができる可能性が示唆された．
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