パルス電界処理による細胞動態の定量評価および泳動診断システムの確立

• 研究課題/領域番号: 25420412
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 計測工学
• 研究機関: 首都大学東京
• 研究代表者: 内田 諭 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (90305417)
• 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: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2014年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2013年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 計測システム / 誘電泳動 / パルス電界 / 細胞動態 / 診断

研究成果の概要

本研究は、パルス電界処理による酵母細胞の電気定数（誘電率および導電率）変化を誘電泳動速度から導出するとともに、マクロなモニタ電気信号（細胞群の泳動集積によるインピーダンス変化）と膜活性・生育活性の相関を定量的に検証して、迅速かつ簡便な動態診断システムを構築するものである。
主要な成果として、核酸染色変化から膜損傷度を導出し、加熱とパルス電界印加による閾値の違いを特定した。酵母細胞の泳動速度や電極間のインピーダンスを計測し、等価電気回路モデルを用いた電気定数変化を示した。また、損傷酵母の遺伝子発現を検出し、生物学的変異の判断指標を決定した。さらにパルス条件の違いによる検出応答を精査した。

研究成果

• [雑誌論文] ソフトリソグラフィによる誘電体ピラーを利用した3次元誘電泳動効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 渡部 涼, 内田 諭, 西川 宏之
  • 雑誌名: 電気学会論文誌． Ａ 巻: 135 号: 9 ページ: 548-552
  • DOI: 10.1541/ieejfms.135.548
  • NAID: 130005096908
  • ISSN: 0385-4205, 1347-5533
  • 査読あり
• [雑誌論文] Frequency dependence and assembly characteristics of Ag nanomaterials trapped by dielectrophoresis (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Kataoka, H. Tokita, S. Uchida, R. Sano, and H. Nishikawa
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 646 ページ: 012005-012005
  • DOI: 10.1088/1742-6596/646/1/012005
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 誘電泳動デバイスにおける電極構造と捕捉粒子数の数値相関検証 (2014)
  • 著者名/発表者名: 青木 玲仁，白井 直機，内田 諭，杤久保 文嘉
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｅ（センサ・マイクロマシン部門誌） 巻: 134 号: 7 ページ: 235-240
  • DOI: 10.1541/ieejsmas.134.235
  • NAID: 130004849032
  • ISSN: 1341-8939, 1347-5525
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of oxygen gas on characteristics of self-organized luminous pattern formation observed in atmospheric DC glow discharge using liquid electrode (2014)
  • 著者名/発表者名: Naoki Shirai, Satoshi Uchida and Fumiyoshi Tochikubo
  • 雑誌名: Plasma Sources Science and Technology 巻: 23 号: 5 ページ: 054010-054010
  • DOI: 10.1088/0963-0252/23/5/054010
  • 査読あり
• [雑誌論文] 3．食品産業における誘電泳動技術の利用 ∼泳動濃縮及び膜変性計測∼ (2014)
  • 著者名/発表者名: 内田 諭
  • 雑誌名: Electrochemistry 巻: 82 号: 11 ページ: 1007-1011
  • DOI: 10.5796/electrochemistry.82.1007
  • NAID: 130004707686
  • ISSN: 1344-3542, 2186-2451
• [雑誌論文] Liquid-phase reactions induced by atmospheric pressure glow discharge with liquid electrode (2014)
  • 著者名/発表者名: Fumiyoshi Tochikubo, Yudai Shimokawa, Naoki Shirai and Satoshi Uchida
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 53 号: 12 ページ: 126201-126201
  • DOI: 10.7567/jjap.53.126201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Liquid-phase reactions induced by atmospheric pressure glow discharge with liquid electrode (2014)
  • 著者名/発表者名: Fumiyoshi Tochikubo, Naoki Shirai and Satoshi Uchida
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 565 ページ: 012010-012010
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Analysis of effect of ion irradiation to liquid surface on water molecule kinetics by classical molecular dynamics simulation (2014)
  • 著者名/発表者名: Y.Minagawa, N.Shirai, S.Uchida, F.TochikuboY.Minagawa, N.Shirai, S.Uchida, F.Tochikubo
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: Vol.53 号: 1 ページ: 10210-10210
  • DOI: 10.7567/jjap.53.010210
  • NAID: 210000143222
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atmospheric negative corona discharge using Taylor cone as a liquid cathode (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Shirai, R. Sekine, S. Uchida, F. Tochikubo
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 53 号: 2 ページ: 1-6
  • DOI: 10.7567/jjap.53.026001
  • NAID: 210000143330
  • 査読あり
• [雑誌論文] 誘電泳動速度計測による加温処理酵母の膜変性評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 高澤 晋, 白井直機, 内田 諭, 杤久保文嘉
  • 雑誌名: 静電気学会誌 巻: 37 ページ: 2-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of metal nanoparticles by dual plasma electrolysis using atmospheric dc glow discharge in contact with liquid (2014)
  • 著者名/発表者名: N.Shirai, S.Uchida, F.Tochikubo
  • 雑誌名: JPn. J. ApPl. Phys 巻: Vol.53 号: 4 ページ: 46202-46202
  • DOI: 10.7567/jjap.53.046202
  • NAID: 210000143533
  • 査読あり
• [雑誌論文] 誘電泳動デバイスにおける電極構造と捕捉粒子数の数値相関 (2014)
  • 著者名/発表者名: 青木玲仁, 白井直機, 内田 諭, 杤久保文嘉
  • 雑誌名: 電気学会論文誌E 巻: 134
  • 査読あり
• [雑誌論文] 泳動濃縮および画像解析を併用した飲料混入菌の定量計測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 髙瀬亜希, 圓城寺隆治, 内田 諭
  • 雑誌名: 日本食品工学会誌 巻: 14 ページ: 97-106
  • NAID: 130005078819
  • 査読あり
• [学会発表] 分子動力学法による膜構成分子と活性酸素種における反応機構の検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉田健人，内田 諭，白井直機，杤久保文嘉
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季講演会
  • 発表場所: 東京，日本
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] マイクロギャップリアクタにおける酵母生育活性の電界パルス幅依存性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 薄葉孝史，白井 直機，内田 諭，杤久保 文嘉
  • 学会等名: 平成28年電気学会全国大会
  • 発表場所: 仙台，日本
  • 年月日: 2016-03-16
• [学会発表] 3次元誘電泳動デバイス内における粒子軌跡の数値的検証 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐藤健太，白井直機，内田 諭，杤久保文嘉，円城寺隆治，脇坂嘉一
  • 学会等名: 平成28年電気学会全国大会
  • 発表場所: 仙台，日本
  • 年月日: 2016-03-16
• [学会発表] 加熱処理酵母における誘電泳動速度の数値評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石田 高広，白井 直機，内田 諭，杤久保 文嘉
  • 学会等名: 平成28年電気学会全国大会
  • 発表場所: 仙台，日本
  • 年月日: 2016-03-16
• [学会発表] 誘電詠動による捕集T4ファージのインピーダンス計測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 久保田 浩史，内田 諭，杤久保 文嘉，片山 浩之
  • 学会等名: 平成28年電気学会全国大会
  • 発表場所: 仙台，日本
  • 年月日: 2016-03-16
• [学会発表] Numerical Modeling of Interface between Discharge Plasma and Biological Objects (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Uchida and F. Tochikubo
  • 学会等名: 第25回日本MRS学会年次大会
  • 発表場所: 横浜，日本
  • 年月日: 2015-12-08
  • 招待講演
• [学会発表] 3次元誘電泳動デバイス内における腫瘍細胞の挙動シミュレーション (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤健太，白井直機，内田 諭，杤久保文嘉，円城寺隆治，脇坂嘉一
  • 学会等名: 2015年度静電気学会全国大会
  • 発表場所: 東京，日本
  • 年月日: 2015-09-24
• [学会発表] 分子動力学法による生体膜内酸素活性種の輸送特性解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 内田 諭，杤久保文嘉
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季講演会
  • 発表場所: 名古屋，日本
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] 膜構成分子と酸素活性種の反応素過程に対する分子動力学的検証 (2015)
  • 著者名/発表者名: 吉田健人，内田 諭，白井直機，杤久保文嘉
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季講演会
  • 発表場所: 名古屋，日本
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] 三次元誘電泳動による金属ナノ粒子アセンブリ －ピット径及びピッチに対する捕集形状の影響－ (2015)
  • 著者名/発表者名: 片岡良介，内田 諭，佐野 遼，西川宏之
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季講演会
  • 発表場所: 名古屋，日本
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] Frequency dependence and assembly characteristics of Ag nanomaterials trapped by dielectrophoresis (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Kataoka, H. Tokita, S. Uchida, R. Sano, and H. Nishikawa
  • 学会等名: Electrostatics 2015
  • 発表場所: Southampton, UK
  • 年月日: 2015-04-12
  • 国際学会
• [学会発表] マイクロギャップリアクタを用いたパルス電界による酵母の生育活性評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 香野 健太郎，白井 直機，内田 諭，杤久保 文嘉，和田 圭二
  • 学会等名: 平成27年電気学会全国大会
  • 発表場所: 東京、日本
  • 年月日: 2015-03-24 – 2015-03-26
• [学会発表] 誘電泳動によるT4ファージの効率的捕集に関する定量評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 久保田 浩史，白井 直機，内田 諭，杤久保 文嘉，片山 浩之
  • 学会等名: 平成27年電気学会全国大会
  • 発表場所: 東京、日本
  • 年月日: 2015-03-24 – 2015-03-26
• [学会発表] 誘電泳動速度計測による熱処理酵母の膜損傷診断 (2015)
  • 著者名/発表者名: 石田 高広，白井 直機，内田 諭，杤久保 文嘉
  • 学会等名: 平成27年電気学会全国大会
  • 発表場所: 東京、日本
  • 年月日: 2015-03-24 – 2015-03-26
• [学会発表] MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION OF TRANSPORTATION OF PLASMA RADICALS IN BIOMEMBRANE (2015)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Uchida and Fumiyoshi Tochikubo
  • 学会等名: 2nd International Workshop on Plasma for Cancer Treatment
  • 発表場所: 名古屋、日本
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-17
• [学会発表] 三次元構造誘電泳動デバイスを用いた金属ナノ材料の立体形成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 片岡 良介，時田 寛也，内田 諭，佐野 遼， 西川 宏之
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季講演会
  • 発表場所: 神奈川、日本
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] 大気圧下におけるプラズマ－液体相互作用の数値モデリングとシミュレーション解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 内田 諭
  • 学会等名: Plasma Conference 2014
  • 発表場所: 新潟、日本
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-21
• [学会発表] 誘電泳動デバイスにおける捕捉粒子数の構造・制御因依存性値検証 (2014)
  • 著者名/発表者名: 青木 玲仁，白井 直機，内田 諭，杤久保 文嘉
  • 学会等名: 電気学会センサ・マイクロマシン部門大会第31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: 松江、日本
  • 年月日: 2014-10-20 – 2014-10-22
• [学会発表] ナノ粒子の誘電泳動捕集における構造因子の影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 片岡 良介，内田 諭，白井 直機，杤久保 文嘉
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 札幌、日本
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] 誘電泳動による金属ナノ材料の立体配置の基礎検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 時田 寛也，内田 諭，佐野 遼，西川 宏之
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 札幌、日本
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] プラズマ－生体界面の分子動力学モデリング (2014)
  • 著者名/発表者名: 内田 諭，杤久保 文嘉
  • 学会等名: 新学術領域研究合同シンポジウム「新学術の最前線～プラズマと生物と医療の協奏曲～」
  • 発表場所: 名古屋、日本
  • 年月日: 2014-08-09
• [学会発表] 誘電泳動によるT4ファージの効率的捕集に関する検証 (2014)
  • 著者名/発表者名: 内田 諭，久保田浩史，二戸愛仁，圓城寺隆治
  • 学会等名: 日本食品工学会第15回年次大会
  • 発表場所: つくば、日本
  • 年月日: 2014-08-07 – 2014-08-09
• [学会発表] プラズマ活性種とリン脂質の反応相互作用における温度効果の数値検証 (2014)
  • 著者名/発表者名: 内田 諭，鈴木 陽文，白井 直機，杤久保 文嘉
  • 学会等名: ロボティクス・メカトロニクス講演会2014(ROBOMECH2014)
  • 発表場所: 富山、日本
  • 年月日: 2014-05-25 – 2014-05-29
• [学会発表] Reactive Molecular Dynamics between Oxygen Radial and Phosphatidylcholine by Plasma Irradiation (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Uchida, Akifumi Suzuki, Naoki Shirai, Fumiyoshi Tochikubo
  • 学会等名: 5th International Conference on Plasma Medicine
  • 発表場所: 奈良、日本
  • 年月日: 2014-05-18 – 2014-05-23
• [学会発表] マイクロギャップリアクタを用いたパルス電界による酵母の代謝変化の推定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 香野健太郎, 白井直機, 内田 諭, 杤久保文嘉, 和田圭二
  • 学会等名: 平成26年電気学会全国大会
  • 発表場所: 松山, 日本
• [学会発表] 誘電泳動デバイスの捕捉粒子数における構造・制御因子の影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 青木玲仁, 白井直機, 内田 諭, 杤久保文嘉
  • 学会等名: 平成26年電気学会全国大会
  • 発表場所: 松山, 日本
• [学会発表] ピラー構造誘電泳動デバイスの菌捕集分布における流量及びピラー高さの影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 時田寛也, 内田 諭, 鮎瀬銀也, 西川宏之
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季講演会
  • 発表場所: 相模原, 日本
• [学会発表] 誘電泳動デバイスにおける電極構造と捕捉粒子数の相関の数値検証 (2013)
  • 著者名/発表者名: 青木玲仁, 白井直機, 内田 諭, 杤久保文嘉
  • 学会等名: 電気学会センサマイクロマシン部門総合研究会
  • 発表場所: 東京, 日本
• [学会発表] 誘電泳動速度計測による加温処理酵母の代謝評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 高澤 晋, 白井直機, 内田 諭, 杤久保文嘉
  • 学会等名: 静電気学会全国大会
  • 発表場所: 千葉, 日本
• [学会発表] プラズマによる生体膜変化のシミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 内田 諭
  • 学会等名: 新学術領域研究「プラズマ医療科学の創成」第2回公開シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋, 日本
• [学会発表] プラズマ照射による生体膜損傷の分子動力学シミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 内田 諭
  • 学会等名: 平成25年度東北大学電気通信研究所共同プロジェクト研究会「プラズマナノバイオ・医療の基礎研究」仙台プラズマフォーラム
  • 発表場所: 仙台, 日本
  • 招待講演
• [学会発表] 誘電泳動デバイスおける微粒子凝集のシミュレーション －電極構造に対する捕集特性の評価－ (2013)
  • 著者名/発表者名: 手嶋祐太, 内田 諭, 白井直機, 杤久保文嘉
  • 学会等名: 電気学会センサ・マイクロマシン部門大会第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
  • 発表場所: 仙台, 日本