マイクロ流体工学による人工細胞システムの時空間制御

• 研究課題/領域番号: 24680033
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 生体生命情報学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 瀧ノ上 正浩 東京工業大学, 総合理工学研究科(研究院), 講師 (20511249)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 27,820千円 (直接経費: 21,400千円、間接経費: 6,420千円); 2013年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円); 2012年度: 20,150千円 (直接経費: 15,500千円、間接経費: 4,650千円)
• キーワード: 人工細胞 / 人工生命 / 非線形 / 非平衡 / マイクロ流体力学 / マイクロ流路 / ゲル / リポソーム / 人工生命システム / 非線形非平衡 / DNA

研究概要

近年，細胞サイズの小胞に遺伝子発現系を内包した人工細胞の研究が盛んに行われているが，ダイナミックな現象を取り出すまでには至っていない．本研究では，微小流体を自在に制御できるマイクロ流体工学を駆使し，人工細胞に物質・エネルギー的な非平衡性を与えることで，人工細胞内でのダイナミックな反応と人工細胞の自律運動を実現するための基礎技術の開発に成功した．本研究の成果により，今後，動的な人工細胞構築の発展が進むと考えられる．

研究成果

• [雑誌論文] マランゴニ流と拡散流を利用した複雑形状マイクロハイドロゲル粒子高速生成システムの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 早川雅之,尾上弘晃,永井健,瀧ノ上正浩
  • 雑誌名: 化学とマイクロ・ナノシステム 巻: vol. 13, no. 1 ページ: 29-30
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/kitamori/CHEMINAS//pdf/kaisi13-1.pdf
• [雑誌論文] マランゴニ流と拡散流を利用した複雑形状マイクロハイドロゲル粒子高速生成システムの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 早川雅之，尾上弘晃，永井健，瀧ノ上正浩
  • 雑誌名: 化学とマイクロ・ナノシステム 巻: Vol.13, no.1 ページ: 29-30
• [雑誌論文] Rapid formation of anisotropic non-spherical hydrogel microparticles with complex structures using a tabletop centrifuge-based microfluidic device (2013)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Hayakawa, Hiroaki Onoe, Ken H. Nagai, Masahiro Takinoue
  • 雑誌名: The 17^<th> International Conference on Minuturized Systems for Chemistry and Life Sciences(microTAS2013)
  • URL: http://www.rsc.org/images/loc/2013/PDFs/Papers/212_0647.pdf
  • 査読あり
• [雑誌論文] 異方性をもつ複雑形状マイクロハイドロゲル粒子作製システムの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 早川雅之,尾上弘晃,永井健,瀧ノ上正浩
  • 雑誌名: 電気学会研究会資料(バイオ・マイクロシステム研究会) 巻: No.BMS-13-043 ページ: 41-44
  • URL: https://ieej.ixsq.nii.ac.jp/ej/?action=pages_view_main&active_action=repository_view_main_item_detail&item_id=60821&item_no=1&page_id=13&block_id=18
• [雑誌論文] Rapid formation of anisotropic non-spherical hydrogel microparticles with complex structures using a tabletop centrifuge-based microfluidic device (2013)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Hayakawa, Hiroaki Onoe, Ken H. Nagai, Masahiro Takinoue
  • 雑誌名: The 17th International Conference on Miniturized Systems for Chemistry and Life Sciences (microTAS2013) 巻: 1 ページ: 630-632
  • 査読あり
• [雑誌論文] 異方性をもつ複雑形状マイクロハイドロゲル粒子作製システムの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 早川雅之，尾上弘晃，永井健，瀧ノ上正浩
  • 雑誌名: 電気学会研究会資料（バイオ・マイクロシステム研究会） 巻: No.BMS-13-043 ページ: 41-44
• [雑誌論文] 細胞に見立てた水滴のふるまいから，生命の物理的な原理を探る (2013)
  • 著者名/発表者名: 瀧ノ上 正浩
  • 雑誌名: Newton 特集「生命と環何か」・Part2生命をつくる最先端研究・(1)生命の物理学 巻: vol.33, no.7 ページ: 62-63
• [雑誌論文] コラム:複雑な非対称性をもつマイクロ粒子 (2012)
  • 著者名/発表者名: 瀧ノ上正浩
  • 雑誌名: パリティ(丸善) 巻: 5月号 ページ: 20-20
• [雑誌論文] 閉じ込め系におかれた複雑流体の可能性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 瀧ノ上正浩(訳), Amy Q. Shen, Perry Cheung(著)
  • 雑誌名: パリティ(丸善) 巻: 5月号 ページ: 12-20
  • NAID: 40019231377
• [雑誌論文] 複雑な非対称性をもつマイクロ粒子 (2012)
  • 著者名/発表者名: 瀧ノ上正浩
  • 雑誌名: パリティ ページ: 20-20
• [学会発表] マランゴニ流と拡散流による微小液滴の変形原理の解明と複雑形状粒子の構築 (2014)
  • 著者名/発表者名: 早川雅之,尾上弘晃,永井健,瀧ノ上正浩
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス,神奈川(ポスター発表, No. 30aPS-91)
• [学会発表] マランゴニ流と拡散流による微小液滴の変形原理の解明と複雑形状粒子の構築 (2014)
  • 著者名/発表者名: 早川雅之, 尾上弘晃, 永井健, 瀧ノ上正浩
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス（神奈川県平塚市）
• [学会発表] Microfluidic techno- logies toward the construction of nonequilibrium artificial cells and molecular robots (2013)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Takinoue
  • 学会等名: Prof. Utkan Demirci Lab. Seminar (MIT-Harvard medical school)
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2013-11-04
  • 招待講演
• [学会発表] 異方性をもつ複雑形状マイクロハイドロゲル粒子作製システムの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 早川雅之,尾上弘晃,永井健,瀧ノ上正浩
  • 学会等名: バイオ・マイクロシステム研究会, No.BMS-13-043
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所,東京
  • 年月日: 2013-10-08
• [学会発表] Nano/micro-technologies for the Construction of Non- equilibrium Artificial Cell Models (2013)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Takinoue
  • 学会等名: French-Japanese Seminar on "Bioinspired Methods and Applications"
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所(招待講演)
  • 年月日: 2013-02-05
• [学会発表] マランゴニ流と拡散流を利用した複雑形状マイクロハイドロゲル粒子高速生成システムの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 早川雅之,尾上弘晃,永井健,瀧ノ上正浩
  • 学会等名: 化学とマイクロ・ナノシステム学会第28回研究会
  • 発表場所: イーグレひめじ,姫路(ポスター発表, No. 1P14)
• [学会発表] 遠心式マイクロ流体デバイスを用いて均一サイズの細胞の器を創る (2013)
  • 著者名/発表者名: 森田雅宗,柳澤実穂,齊藤博英,尾上弘晃,瀧ノ上正浩
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会6.0
  • 発表場所: 慶応義塾大学鶴岡メタボロームキャンパス,鶴岡(ポスター発表, No. P-6)
• [学会発表] 非線形化学振動反応のための非平衡人工細胞モデルの構築 (2013)
  • 著者名/発表者名: 瀧ノ上正浩,杉浦晴香,北畑裕之,森義仁
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会6.0
  • 発表場所: 慶応義塾大学鶴岡メタボロームキャンパス,鶴岡(ポスター発表, No. P-7)
• [学会発表] Rapid formation of anisotropic non-spherical hydrogel microparticles with complex structures using a tabletop centrifuge-based microfluidic device (2013)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Hayakawa, Hiroaki Onoe, Ken H. Nagai, and Masahiro Takinoue
  • 学会等名: The 17th International Conference on Miniturized Systems for Chemistry and Life Sciences (microTAS2013)
  • 発表場所: Freiburg, Germany(oral)
• [学会発表] 遠心式マイクロ流体デバイスによる細胞サイズリポソームの作製(The synthesis of cell-sized liposomes by centrifuge-based microfluidic device.) (2013)
  • 著者名/発表者名: Masamune Morita, Miho Yanagisawa, Hiroaki Onoe, Masahiro Takinoue
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会
  • 発表場所: 国立京都国際会館,京都(ポスター発表, No. 3P209)
• [学会発表] Oscillations of a genomic DNA in a cell-sized chemically open system (2013)
  • 著者名/発表者名: Haruka Sugiura, Masahiro Takinoue
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会
  • 発表場所: 国立京都国際会館,京都(ポスター発表, No. 2PT285)
• [学会発表] 遠心力を利用した複雑形状マイクロハイドロゲル粒子の高速生成(Centrifuge-based rapid synthesis of complex-shaped microhydrogel particles) (2013)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Hayakawa, Hiroaki Onoe, Ken H. Nagai, Masahiro Takinoue
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会
  • 発表場所: 国立京都国際会館,京都(ポスター発表, No. 3P312)
• [学会発表] 膜の分子透過性へのフィードバック制御のある非平衡系人工細胞の数理解析(Numerical analysis of non-equilibrium open artificial cell with a feedback control over molecular permeability of the cell membrane) (2013)
  • 著者名/発表者名: Motosugi Murata, Haruka Sugiura, Masahiro Takinoue
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会
  • 発表場所: 国立京都国際会館,京都(ポスター発表, No. 2P284)
• [学会発表] マイクロドロップレットで構築された非平衡人工細胞の実験的・数理的解析(Experimental and numerical analyses of microdroplet-based nonequilibrium artificial cells) (2013)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Takinoue, Haruka Sugiura, Hiroyuki Kitahata, Yoshihito Mori
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会
  • 発表場所: 国立京都国際会館,京都(ポスター発表, No. 2P283)
• [学会発表] マイクロサイズの非平衡場の制御による動的人工細胞の構築と異方性複雑形状粒子の作製 (2013)
  • 著者名/発表者名: 瀧ノ上正浩
  • 学会等名: 第7回自己組織化討論会
  • 発表場所: 晴海グランドホテル,東京
  • 招待講演
• [学会発表] Nano/micro-techno- logies for the Construction of Non- equilibrium Artificial Cell Models (2013)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Takinoue
  • 学会等名: French- Japanese Seminar on"Bioinspired Methods and Applications"
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所,東京
  • 招待講演
• [学会発表] Rapid formation of anisotropic non-spherical hydrogel microparticles with complex structures using a tabletop centrifuge-based microfluidic device (2013)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Hayakawa, Hiroaki Onoe, Ken H. Nagai, Masahiro Takinoue
  • 学会等名: The 17th International Conference on Miniturized Systems for Chemistry and Life Sciences (microTAS2013)
  • 発表場所: Messe Freiburg,（Germany、Freiburg)
• [学会発表] マイクロサイズの非平衡場の制御による動的人工細胞の構築と異方性複雑形状粒子の作製 (2013)
  • 著者名/発表者名: 瀧ノ上正浩
  • 学会等名: 第7回自己組織化討論会
  • 発表場所: 晴海グランドホテル（東京都中央区）
  • 招待講演
• [学会発表] マランゴニ流と拡散流を利用した 複雑形状マイクロハイドロゲル粒子高速生成システムの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 早川雅之, 尾上弘晃, 永井健, 瀧ノ上正浩
  • 学会等名: 化学とﾏｲｸﾛ・ナノシステム学会第28回研究会
  • 発表場所: イーグレ姫路（兵庫県姫路市）
• [学会発表] 遠心式マイクロ流体デバイスを用いて均一サイズの細胞の器を創る (2013)
  • 著者名/発表者名: 森田雅宗, 柳澤実穂, 齊藤博英, 尾上弘晃, 瀧ノ上正浩
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会 6.0
  • 発表場所: 鶴岡メタボロームキャンパｽ（山形県鶴岡市）
• [学会発表] 非線形化学振動反応のための非平衡人工細胞モデルの構築 (2013)
  • 著者名/発表者名: 瀧ノ上正浩, 杉浦晴香, 北畑裕之, 森義仁
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会 6.0
  • 発表場所: 鶴岡メタボロームキャンパス（山形県鶴岡市）
• [学会発表] 遠心式マイクロ流体デバイスによる細胞サイズリポソームの作製 (The synthesis of cell-sized liposomes by centrifuge-based microfluidic device.） (2013)
  • 著者名/発表者名: Masamune Morita, Miho Yanagisawa, Hiroaki Onoe, Masahiro Takinoue
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
• [学会発表] Oscillations of a genomic DNA in a cell-sized chemically open system (2013)
  • 著者名/発表者名: Haruka Sugiura, Masahiro Takinoue
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
• [学会発表] 遠心力を利用した複雑形状マイクロハイドロゲル粒子の高速生成 (Centrifuge-based rapid synthesis of complex-shaped microhydrogel particles) (2013)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Hayakawa, Hiroaki Onoe, Ken H. Nagai, Masahiro Takinoue
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会
  • 発表場所: 国立京都国際会館(京都府京都市）
• [学会発表] 膜の分子透過性へのフィードバック制御のある非平衡系人工細胞の数理解析 (Numerical analysis of non-equilibrium open artificial cell with a feedback control over molecular permeability of the cell membrane)” (2013)
  • 著者名/発表者名: Motosugi Murata, Haruka Sugiura, Masahiro Takinoue
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
• [学会発表] マイクロドロップレットで構築された非平衡人工細胞の実験的・数理的解析 (Experimental and numerical analyses of microdroplet-based nonequilibrium artificial cells) (2013)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Takinoue, Haruka Sugiura, Hiroyuki Kitahata, Yoshihito Mori
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会
  • 発表場所: 国立京都国際会館、（京都府京都市）
• [学会発表] 非線形化学反応のための細胞サイズCSTR構築に向けたマイクロ流体技術 (2012)
  • 著者名/発表者名: 瀧ノ上正浩
  • 学会等名: 第22回「非線形反応と協同現象」研究会
  • 発表場所: お茶の水女子大学
  • 年月日: 2012-12-08
• [学会発表] 分子ロボットの感覚 (2012)
  • 著者名/発表者名: 瀧ノ上正浩
  • 学会等名: 計測自動制御学会システム・情報部門学術講演会2012
  • 発表場所: ウィル愛知,名古屋
  • 年月日: 2012-11-23
  • 招待講演
• [学会発表] 分子ロボットの感覚 (2012)
  • 著者名/発表者名: 瀧ノ上正浩
  • 学会等名: 計測自動制御学会システム・情報部門学術講演会
  • 発表場所: ウィル愛知(招待講演)
  • 年月日: 2012-11-23
• [学会発表] 自己駆動粒子への応用を目指した非球形マイクロゲルの作製法 (2012)
  • 著者名/発表者名: 早川雅之,尾上弘晃,永井健,瀧ノ上正浩
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会5.0
  • 発表場所: 東京工業大学すずかけ台キャンパス,横浜(ポスター, No. P-45)
  • 年月日: 2012-11-21
• [学会発表] 非平衡人工細胞モデルを目指したマイクロ流体技術の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 瀧ノ上正浩,杉浦晴香,森義仁
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会5.0
  • 発表場所: 東京工業大学すずかけ台キャンパス,横浜(ポスター, No. P-89)
  • 年月日: 2012-11-21
• [学会発表] Biomolecular Rocket (2012)
  • 著者名/発表者名: 星健介,厚美佑輔,齋藤健,山下仁義,松戸里紗,番匠康雄,小長谷明彦,木賀大介,山村雅幸,小宮健,瀧ノ上正浩
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会5.0
  • 発表場所: 東京工業大学すずかけ台キャンパス,横浜(ポスター, No. P-46)
  • 年月日: 2012-11-21
• [学会発表] 分子ロボットへの生物物理学的アプローチ (2012)
  • 著者名/発表者名: 瀧ノ上正浩
  • 学会等名: 人工知能学会合同研究会
  • 発表場所: 慶応義塾大学日吉キャンパス,横浜
  • 年月日: 2012-11-15
  • 招待講演
• [学会発表] 分子ロボットへの生物物理学的アプローチ (2012)
  • 著者名/発表者名: 瀧ノ上正浩
  • 学会等名: 人工知能学会合同研究会
  • 発表場所: 慶応大学日吉キャンパス(招待講演)
  • 年月日: 2012-11-15
• [学会発表] 高重力を利用した非球形構造を持つマイクロハイドロゲル粒子の作製法(High-gravity-based synthesizing method for hydrogel microparticles with non-spherical structures) (2012)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Hayakawa, Hiroaki Onoe, Ken H. Nagai, Masahiro Takinoue
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス,名古屋(ポスター発表, No. 1PT224)
• [学会発表] 自己駆動粒子への応用を目指した非球形マイクロゲルの作製法 (2012)
  • 著者名/発表者名: 早川雅之
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会5.0
  • 発表場所: 東京工業大学すずかけ台キャンパス
• [学会発表] 非平衡人工細胞モデルを目指したマイクロ流体技術の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 瀧ノ上正浩
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会5.0
  • 発表場所: 東京工業大学すずかけ台キャンパス
• [学会発表] Biomolecular Rocket (2012)
  • 著者名/発表者名: 星健介
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会5.0
  • 発表場所: 東京工業大学すずかけ台キャンパス
• [学会発表] High-gravitybased synthesizing method for hydrogel microparticles withnon-spherical structures (2012)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Hayakawa
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会
  • 発表場所: 名古屋大学
• [学会発表] Droplet-based microfluidic system for nonequilibrium artificial cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Takinoue
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会
  • 発表場所: 名古屋大学
• [学会発表] Microfluidic technologies toward the construction of nonequilibrium artificial cells and molecular robots
  • 著者名/発表者名: Masahiro Takinoue
  • 学会等名: Prof. Utkan Demirci Lab. Seminar (MIT-Harvard medical school)
  • 発表場所: MIT-Hrvard medicall shool, Boston, USA
  • 招待講演
• [学会発表] マイクロ非平衡場の制御による動的な細胞サイズ分子ロボットの創製
  • 著者名/発表者名: 瀧ノ上正浩
  • 学会等名: 平成25年度・東工大挑戦的研究賞授賞式
  • 発表場所: 東京工業大学(東京都目黒区）
  • 招待講演
• [学会発表] 異方性をもつ複雑形状マイクロハイドロゲル粒子作製システムの開発
  • 著者名/発表者名: 早川雅之，尾上弘晃，永井健，瀧ノ上正浩
  • 学会等名: バイオ・マイクロシステム研究会
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所（東京都目黒区）
• [備考] 瀧ノ上研究室ホームページ
  • URL: http://www.lifephys.dis.titech.ac.jp/
• [備考] (1)一般向け記事への協力: 瀧ノ上正浩, "細胞に見立てた水滴のふるまいから,生命の物理的な原理を探る"(特集「生命とは何か」・Part3生命をつくる最先端研究・(1)生命の物理学), Newton, vol.33, no.7, pp.62-63, 2013年7月号 アウトリーチ活動
• [備考] (2)一般向け記事への協力: 「非生命からの生命へのアプローチ」, 産学連携推進マガジンBioGARAGE(リバネス出版), vol.16, pp.4-5, 2013年3月号 アウトリーチ活動
• [備考] (3) BIOMOD(国際生体分子デザインコンペティション)2013(2011年11月2-3日@Havard大学)へ参加した学生への実験指導:世界大会で3つの賞(プロジェクトアワード金賞,優秀ビデオ部門賞3位,ベストT-shirtデザイン賞)を受賞 アウトリーチ活動
• [備考] (4) BIOMOD(国際生体分子デザインコンペティション)2012(2011年11月3-4日@Havard大学)へ参加した学生への実験指導:サポートした東工大チームが世界大会で総合第3位を含む5つの賞(世界総合第3位,優秀プロジェクトWiki部門賞3位,優秀ビデオ部門賞2位,分子 ロボット賞,プロジェクトアワード金賞)を受賞 アウトリーチ活動
• [備考] 東京工業大学 瀧ノ上正浩研究室 ホームページ
  • URL: http://www.lifephys.dis.titech.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://www.lifephys.dis.titech.ac.jp/