| 研究課題/領域番号 |
22K18941
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分28:ナノマイクロ科学およびその関連分野
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| 研究機関 | 山梨大学 |
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研究代表者 |
井上 久美 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (20597249)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2024年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2023年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | バイオイメージング / 電気化学顕微鏡 / バイポーラ電気化学 / 熱延伸ファイバー / in vivo イメージング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、マイクロ電極アレイプローブを用いて、バイポーラ電気化学顕微鏡によるフリームービングラットでのin vivo計測ができるシステムを開発する。マイクロ電極アレイプローブ作製法、プローブによる細胞間伝達物質の定量、in vivo計測に関する研究を行う。これにより、細胞間伝達物質動態を直接可視化できる方法を創出し、生命科学分野で重要なテーマである「多細胞生物システムの解明」に貢献する。
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| 研究実績の概要 |
本年度は熱延伸プローブの電極材料の検討およびバイポーラ電気化学顕微鏡に利用するときの動作特性の詳細を研究した。また、フリームービングラットの計測に十分なプローブ長とするときに問題となる、電極抵抗や断線の問題を解決する新たなアイデアを考案し、その基礎検討を行った。また、脳内での情報やエネルギー伝達に重要な物質として乳酸をバイポーラ電極系でイメージングするための基礎検討を開始した。
まず、電極材料検討について、基材の導電性ポリマーの種類および、混合するカーボンナノファイバーまたはカーボンナノチューブの含有量を変更した熱延伸プローブを研究協力者より供与いただき、バイポーラ電極としての特性を評価した。その結果、カーボンナノチューブ含有量が多いサンプルに強い電気化学発光（ECL）を示す傾向がみられた。しかし、実験の再現性が悪く、正しい現象を見ているのか不明であり、まず、バイポーラ電極系の基礎的な動作特性を知る必要があると考えた。そこで、次に、クローズドバイポーラ電極（cBPE）と溶液間の電位差を測定し、cBPE両極の面積比を変更しながら、駆動電圧と電極電位およびECLの関係を明らかにする研究を行った。その結果、cBPE両極の電流密度のバランスによってcBPEと各溶液間の電位差が変化し、律速段階とECL特性が変化することを確認した。また、共反応物の濃度が高すぎるとECLが発生しないことを理論的に示すことができた。電極抵抗や断線の問題を解決する新たなアイデアについて、市販電極を用いるマクロな系で検証を行い、動作することを確認した。乳酸検出について、新たに加わった研究協力者のもつ乳酸の電気化学検出法を複数、バイポーラ電極と組み合わせた実験を実施した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
フリームービングラットの計測に十分なプローブ長とするときに問題となる、電極抵抗や断線の問題を解決する方法について、当初計画にはなかった新たなアイデアを考案し、動作確認に成功した。また、脳内での情報やエネルギー伝達に重要の一つである乳酸について、乳酸の電気化学検出法の研究者が新たに協力者に加わり、学生とともにバイポーラ電極系への応用を進めている。さらに、今後の研究を進める上で重要な基盤となる、バイポーラ電極系の基礎的な動作特性の理論的な理解ができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
23年度は、極抵抗や断線の問題を解決する新たなアイデアについて、ミクロな系でも動作するかどうか検討を行い、熱延伸プローブへの組み込みに向けた検討を行う。このとき、ミクロな電極アレイプローブの作製方法が課題となると考えられ、研究協力者とともにそのアイデアを検討する。プローブが長くなることにより受ける電磁ノイズや、ラットが動くことによるノイズについても課題となると考えられる。電磁ノイズについては、本アイデアを用いることにより、単純な電極ファイバーとする場合よりも軽減されることが予想されるが、その点についても検討を進める。乳酸検出についても検討を進め、バイポーラ電極系と組み合わせたときに最適な検出原理を見つける。また、培養細胞など、バイオサンプルの計測を行い、 in vivo計測に向けた知見を得る。
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