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熱量センサによる細胞の熱力学計測

公募研究

研究領域温度を基軸とした生命現象の統合的理解
研究課題/領域番号 16H01376
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 生物系
研究機関東北大学

研究代表者

小野 崇人  東北大学, 工学研究科, 教授 (90282095)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
2017年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2016年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
キーワード細胞 / 発熱 / 熱力学モデル / 高感度熱量センサ / マイクロ・ナノデバイス / 熱計測 / 熱量センサ / 熱力学 / 蛍光
研究実績の概要

近年,高感度熱量センサは,単一細胞をはじめとする微小な生物試料が産生する熱の計測など,生物学・生化学領域での応用が期待されている.単一細胞での温度計測の研究が進められているが,蛍光温度センサを用いたこれまでのいくつかの研究報告から,細胞が理論的に出す熱量と実際に観察される熱量との間には大きなギャップがあることが知られている.本研究では,高感度なマイクロ温度センサをマイクロ流路に集積化したオンチップ型センサを開発し,細胞の温度や,細胞の外に流れる熱量を直接測定することを目指したものである。細胞の熱計測に用いられる従来の蛍光温度センサは,その応答速度から静的な温度変化を測定する.一方,本センサでは細胞の動的な熱計測を可能とし,細胞の比熱や熱伝導率などを求め,細胞の熱力学モデルを構築することを目指している.
機械的な共振型の温度センサを用いてノルエピネフリン刺激の有無による発熱を計測し,刺激なしでもパルス状の急激な温度変化という動的な発熱現象の観察に成功した.このパルス状温度変化と熱回路法による細胞の熱力学モデルを元に,細胞内の熱伝導率と比熱を推定した.
また,「高感度」「応答速度」「計測系の簡素化」「蛍光ラベルによる手法との同時計測」を同時に満たすことができるデバイスとして,電気抵抗の温度依存性を用いたマイクロサーミスタをマイクロ流体チップに集積化した熱計測デバイスを作製した.この作製したデバイスを用いて,実際に細胞の発熱計測を行った.単一細胞ではなく数個のcos7細胞の熱計測に成功した.以上より,細胞の熱力学モデルをはじめとする諸熱特性に関する知見を得ることができる本デバイスは,細胞レベルの熱物性を計測するためのツールとして期待できる.

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 2件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 9件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Microfabricated Temperature-Sensing Devices Using a Microfluidic Chip for Biological Applications2018

    • 著者名/発表者名
      N. Inomata, M. Toda, T. Ono
    • 雑誌名

      International Journal of Automation Technology

      巻: 12 号: 1 ページ: 15-23

    • DOI

      10.20965/ijat.2018.p0015

    • NAID

      130007505843

    • ISSN
      1881-7629, 1883-8022
    • 年月日
      2018-01-05
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Microfabricated Temperature-Sensing Devices Using a Microfluidic Chip for Biological ApplicationsPico-thermogravimetric material properties analysis using diamond cantilever beam2018

    • 著者名/発表者名
      Ioana Voiculescu, Meiyong Liao, Marjan Zakerin, Rdiger Berger, Takahito Ono, Masaya Toda
    • 雑誌名

      Sensors and Actuators A: Physical

      巻: 271 ページ: 356-363

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Geometry dependence of temperature coefficient of resonant frequency in highly sensitive resonant thermal sensors2017

    • 著者名/発表者名
      N. Inomata and T. Ono
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 56 号: 8 ページ: 087201-087201

    • DOI

      10.7567/jjap.56.087201

    • NAID

      210000148165

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Piezoresistive property of an aluminum-doped zinc oxide thin film deposited via atomic-layer deposition for microelectromechanical system/nanoelectromenchanical system applications2017

    • 著者名/発表者名
      Inomata Naoki、Van Toan Nguyen、Ono Takahito
    • 雑誌名

      IEEJ TRANSACTIONS ON ELECTRICAL AND ELECTRONIC ENGINEERING

      巻: 12 号: S2

    • DOI

      10.1002/tee.22570

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cantilever Beam Temperature Sensors for Biological Application2017

    • 著者名/発表者名
      Masaya Toda, Naoki Inomata, Takahito Ono and Ioana Voiculescu
    • 雑誌名

      IEEJ Transactions on Electrocal and Electronic Engineering

      巻: 12 号: 2 ページ: 153-160

    • DOI

      10.1002/tee.22360

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Synthesis and Evaluation of Thick Films of Electrochemically Deposited Bi2Te3 and Sb2Te3 Thermoelectric Materials2017

    • 著者名/発表者名
      Nguyen Huu Trung, Kei Sakamoto, Nguyen Van Toan, Takahito Ono
    • 雑誌名

      Materials for Energy Applications

      巻: 10 号: 2 ページ: 154-154

    • DOI

      10.3390/ma10020154

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Vanadium oxide thermal microsensor integrated in a microfluidic chip for detecting cholesterol and glucose concentrations2016

    • 著者名/発表者名
      Naoki Inomata, Libao Pan, Zhuqing Wang, Mitsuteru Kimura, and Takahito Ono
    • 雑誌名

      Microsystem Technologies

      巻: *** 号: 7 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1007/s00542-016-3090-1

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Highly sensitive thermometer using a vacuumpacked Si resonator in a microfluidic chip for the thermal measurement of single cells2016

    • 著者名/発表者名
      N. Inomata, M. Toda and T. Ono
    • 雑誌名

      Lab on a Chip

      巻: 16 号: 18 ページ: 3597-3603

    • DOI

      10.1039/c6lc00949b

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ELECTRICALLY DRIVEN ION TRANSPORT IN NANOPORES FABRICATED BY METAL ASSISTED CHEMICAL ETCHING METHOD2018

    • 著者名/発表者名
      Nguyen Van Toan, Naoki Inomata, Masaya Toda, and Takahito Ono
    • 学会等名
      The 31st IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] EVALUATION OF PIEZORESISTIVE PROPERTY OF VANADIUM OXIDE THIN FILM2018

    • 著者名/発表者名
      Naoki Inomata, Nguyen Van Toan, Masaya Toda, and Takahito Ono
    • 学会等名
      The 31st IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Flexible thermoelectric power generators based on electrochemical deposition process of Bi2Te3 and Sb2Te32017

    • 著者名/発表者名
      Nguyen Huu Trung, Nguyen Van Toan and Takahito Ono
    • 学会等名
      The 30th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems
    • 発表場所
      Las Vegas, USA
    • 年月日
      2017-01-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication of high aspect aluminum doped zinc oxide nanomechanical structures by deep RIE and ALD2017

    • 著者名/発表者名
      Nguyen Van Toan, and Takahito Ono
    • 学会等名
      The 30th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical System
    • 発表場所
      Las Vegas, USA
    • 年月日
      2017-01-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Capacitive silicon nanomechanical resonators capable of selective vibration of high-order mode2017

    • 著者名/発表者名
      Nguyen Van Toan, Tsuyoshi Shimazaki, Naoki Inomata, Takahito Ono
    • 学会等名
      第34回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ACUUM PACKAGED CANTILEVER SENSOR MOUNTED WITH A MAGNETIC PARTICLE FOR MAGNETIC FORCE DETECTION2017

    • 著者名/発表者名
      Gaopeng Xue, Masaya Toda, and Takahito Ono
    • 学会等名
      The 19th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] RESONANT MAGNETIC SENSOR USING MAGNETIC GRADIENT FIELD FORMED BY PERMALLOY CONCENTRATOR2017

    • 著者名/発表者名
      Wataru Suwa, Naoki Inomata, Masaya Toda and Takahito Ono
    • 学会等名
      The 19th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Resonant Micro/Nanomechanical Sensors for Bio-Medical Sensing2016

    • 著者名/発表者名
      Takahito Ono
    • 学会等名
      The 2nd Asian Symposium on Nanobiotechnology
    • 発表場所
      Zuzhou, China
    • 年月日
      2016-12-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] On-chip high sensitive thermal sensors for cell biology2016

    • 著者名/発表者名
      小野崇人
    • 学会等名
      生物物理学会 第54回年会
    • 発表場所
      つくば、つくば国際会議場
    • 年月日
      2016-11-25
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] On-chip Thermal Micromechanical Sensors for Biomedical Applications2016

    • 著者名/発表者名
      Takahito Ono
    • 学会等名
      THE 10TH IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON NANO/MOLECULAR MEDICINE AND ENGINEERING
    • 発表場所
      Macao, China
    • 年月日
      2016-10-31
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2016-04-26   更新日: 2019-12-27  

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