生体一分子リアルタイム機能解析のためのマイクロ流体システムの構築

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19206046
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 計測工学
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 庄子 習一 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00171017)
• 連携研究者: 関口 哲志 早稲田大学, ナノテクノロジー研究所, 准教授 (70424819) ; 水野 潤 早稲田大学, ナノテクノロジー研究所, 准教授 (60386737)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2010
• キーワード: 計測システム / 微細プロセス技術 / バイオデバイス

研究概要

本研究では、細胞から生体-分子を抽出・分離・集積し、その機能観察及び計測をリアルタイムに行える新しいマイクロ流体システムの構築を目指した。その結果として、1細胞単位で多数の細胞をトラップし長期培養できるデバイス、ダメージが少ない状態で細胞内容物を抽出する細胞破砕デバイス、生体分子の高速分離・収集システム、高感度生体分子分析マイクロチップおよび多サンプル同時処理のためのマイクロ流体制御システムの開発に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] High-Throughput Single-Cell Manipulation System for a Large Number of Target Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Arakawa, M.Noguchi, K.Sumitomo, Y.Yamaguchi, S.Shoji
  • 雑誌名: Biomicrofluidics Vol.5 No.1 ページ: 014114
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improvement of Filtration Performance Using Self-Turning of Flow Resistance (2011)
  • 著者名/発表者名: D.H.Yoon, Y.K.Bahk, B.H.Kwon, S.S.Kim, Y.-D.Kim, T.Arakawa, J.S.Go, S.Shoji
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 50 ページ: 017201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microfluidic Cell Sorter with Flow Switching Triggered by a Sol-Gel Transition of a Thermo-Reversible Gelation Polymer (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Ozaki, H.Sugino, Y.Shirasaki, T.Aoki, T.Arakawa, T.Funatsu, S.Shoji
  • 雑誌名: Sensors and Actuators B 150 ページ: 449-455
  • 査読あり
• [雑誌論文] Integration in a Multilayer Microfluidic Chip of 8 Parallel Cell Sorters with Flow Control by Sol-Gel Transition of Thermoreversible Gelation Polymer (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Sugino, T.Arakawa, Y.Nara, Y.Shirasaki, K.Ozaki, S.Shoji, T.Funatsu
  • 雑誌名: Lab on a Chip 2010,10 ページ: 2559-2565
  • 査読あり
• [雑誌論文] On-Chip Microfluidic Sorting with Fluorescence Spectrum Detection and Multiway Separation (2009)
  • 著者名/発表者名: H Sugino, K.Ozaki, Y.Shirasaki, T.Arakawa, S.Shoji, T.Funatsu
  • 雑誌名: Lab on a Chip 2009 ページ: 1254-1260
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of Post-Hydrophilic Treatment-Free Plastic Biochip Using Polyurea Film (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Shinohara, Y.Takahashi, J.Mizuno, S.Shoji
  • 雑誌名: Sensors & Actuators A Vol.154 ページ: 187-191
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polymer Microchip Integrated with Nano-Electrospray Tip for Electrophoresis-Mass Spectrometry (2008)
  • 著者名/発表者名: H.Shinohara, T.Suzuki, F.Kitagawa, J.Mizuno, K.Otsuka, S.Shoji
  • 雑誌名: Sensors and Actuators B 132 ページ: 368-373
  • 査読あり
• [雑誌論文] Parallel and Passive Distribution to Arrayed Microwells Using Self-Regulating Pinched Flow (2008)
  • 著者名/発表者名: K.Kawai, M.Kanai, T.Munaka, H.Abe, A.Murakami, S.Shoji
  • 雑誌名: Sensors and Materials Vol.20, No.6 ページ: 281-288
  • 査読あり
• [雑誌論文] Micro-Bubble Formation with Organic Membrane in a Multiphase Microfluidic System (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Arakawa, T.Yamamoto, S.Shoji
  • 雑誌名: Sensors & Actuators A Vol.143 ページ: 58-63
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rapid Multi-Reagents Exchange TIRFM Microfluidic System for Single Biomolecular Imaging (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Arakawa, T.Sameshima, Y.Sato, T.Ueno, Y.Shirasaki, T.Funatsu, S.Shoji
  • 雑誌名: Sensors and Actuators B 128 ページ: 218-225
  • 査読あり
• [学会発表] Volume Controlled High Throughput Picoliter Droplet Generation System Using Cascade Multi-Stage Separation Channel (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Fujii, K.Kawai, D.H.Yoon, S.Shoji
  • 学会等名: The 24th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems : MEMS 2011(1201-1204)
  • 発表場所: Cancun, Mexico
  • 年月日: 2011-01-24
• [学会発表] High Speed Generation of Uniform Femtoliter Volume Droplets Using Cascade Multi-Stage Separation Microfluidic Device (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Fujii, K.Kawai, D.H.Yoon, S.Shoji
  • 学会等名: 23rd International Microproccesses and Nanotechnology Conference : MNC2010(11C-4-2)
  • 発表場所: Fukuoka
  • 年月日: 20101109-20101111
• [学会発表] MEMS/ナノテクノロジーによるマイクロ/ナノ流体システム構築とバイオ・医療への応用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 庄子習一
  • 学会等名: 第60回日本アレルギー学会秋季学術大会(Vol.59 No.9・10 1157)
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-11-26
• [学会発表] Partly Disposable Lab-on-a-Chip System Using Electromagnetically-Drive Hydraulic Valves (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Miyamoto, K.Kawai, S.Shoji
  • 学会等名: 23rd International Microproccesses and Nanotechnology Conference : MNC2010(12D-11-123)
  • 発表場所: Fukuoka
  • 年月日: 2010-11-12
• [学会発表] Fabrication of Vertical and High-Aspect-Ratio Glass Microfluidic Device by Borosilicate Glass Molding to Silicon Structure (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Kawai, F.Yamaguchi, A.Nakahara, S.Shoji
  • 学会等名: The 14th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences : μTAS 2010(1193-1195)
  • 発表場所: Groningen, The Netherlands
  • 年月日: 2010-10-05
• [学会発表] Size Controllable Polymeric Microlens Fabrication by Using a Multiphase Droplet Including Air Core (2010)
  • 著者名/発表者名: D.H.Yoon, T.Arakawa, J.S.Go, S.Shoji
  • 学会等名: The 14th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences : μTAS 2010(1118-1120)
  • 発表場所: Groningen, The Netherlands
  • 年月日: 2010-10-05
• [学会発表] Selective Droplet Sampling Flow System Using Minimum Number of Horizontal Pneumatic Valves Formed by Single Step PDMS Molding (2010)
  • 著者名/発表者名: D.H.Yoon, D.Wakui, T.Sekiguchi, S.Shoji
  • 学会等名: The 14th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences : μTAS 2010(1085-1087)
  • 発表場所: Groningen, The Netherlands
  • 年月日: 2010-10-05
• [学会発表] On-Chip Gas Concentration Gradient Formation Using Poreflon^<TM> and Neoflon^<TM> for In Vitro Observation of Cancer Cell (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Harada, K.Kawai, S.Shoji
  • 学会等名: The 14th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences : μTAS 2010(551-553)
  • 発表場所: Groningen, The Netherlands
  • 年月日: 2010-10-04
• [学会発表] Fabrication of High-Aspect-Ratio Amorphous Perfluorinated Polymer Structure for Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Nakahara, Y.Shirasaki, K.Kawai, O.Ohara, J.Mizuno, S.Shoji
  • 学会等名: The 36th International Conference on Micro & Nano Engineering : MNE 2010(P-LIFE-68)
  • 発表場所: Genoa, Italy
  • 年月日: 2010-09-21
• [学会発表] MEMS Fabricated Liquid Chromatography Microchip for Practical Uses (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Noguchi, M.Tsunoda, J.Mizuno, T.Funatsu, S.Shoji
  • 学会等名: The 23rd IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems : MEMS 2010(911-914)
  • 発表場所: Hong Kong
  • 年月日: 2010-01-27
• [学会発表] Multi Channel Droplet Sorting Device with Horizontal Pneumatic Actuation Using Single Layer PDMS Flexible Parallel Walls (2010)
  • 著者名/発表者名: D.Wakui, S.Takahashi, T.Sekiguchi, S.Shoji
  • 学会等名: The 23rd IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems : MEMS 2010(144-147)
  • 発表場所: Hong Kong
  • 年月日: 2010-01-26
• [学会発表] High Performance Multiple E. Coli Cell Sorting System Using Thermosensitive Hydrogel and Fluorescence Spectrum Detection (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Ozaki, H.Sugino, T.Arakawa, Y.Shirasaki, T.Funatsu, S.Shoji
  • 学会等名: The 13th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences : μ TAS 2009(1856-1858)
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2009-11-04
• [学会発表] Microvalve Integrated All Neoflon Accurate Sample Injecter Fabricated by Low Temperature Embossing and Bonding (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Miyamoto, K.Kawai, T.Sato, M.Kanai, S.Shoji
  • 学会等名: The 13th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences : μ TAS 2009(1590-1592)
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2009-11-04
• [学会発表] Precise Volume Controlled Multi Reagents Injective Microwell Array for Efficient Cell Function Analysis (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Shibata, K.Kawai, M.Kanai, 庄子習一
  • 学会等名: The 13th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences : μ TAS 2009(1488-1490)
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2009-11-04
• [学会発表] Generation of Polystyrene Microcapsules as Nanoliter Volume Gas Encapsulants by Using Gas-Organic-Water Multiphase Junction (2009)
  • 著者名/発表者名: D.H.Yoon, T.Arakawa, J.S.Go, S.Shoji
  • 学会等名: The 13th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences : μ TAS 2009(1422-1424)
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2009-11-04
• [学会発表] Multi Uniform Picoliter Volume Droplets Generation and Sorting Device for Digital Picoliter Dispenser (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Fujii, K.Kawai, S.Shoji
  • 学会等名: The 13th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences : μ TAS 2009(1356-1358)
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2009-11-04
• [学会発表] MEMS Based Cell Function Analysis Micro Fluidic Devices and Systems (2009)
  • 著者名/発表者名: 庄子習一
  • 学会等名: The 3rd IEEE International Conference on Nano/Molecular Medicine and Engineering : IEEE-NANOMED 2009(16)
  • 発表場所: Tainan, Taiwan
  • 年月日: 2009-10-20
• [学会発表] 100 Picoliter Droplet Handling Using 256 (2^8) Microvalve Array with 18 Multiplexed Control Lines (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Kawai, Y.Shibata, S.Shoji
  • 学会等名: The 15th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems : Transducers 2009(802-805)
  • 発表場所: Denver
  • 年月日: 2009-06-23
• [学会発表] Large Scale Micro Fluidic Systems for Sequential Trapping, Labeling and Content Extraction of Single Cells (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Noguchi, T.Arakawa, Y.Yamaguchi, S.Shoji
  • 学会等名: The 15th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems : Transducers 2009(628-631)
  • 発表場所: Denver, USA
  • 年月日: 2009-06-22
• [学会発表] MEMS Based Cell Function Analysis Micro Fluidic Systems (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Shoji, K.Kawai, H.Shinohara, D.H.Yoon, T.Arakawa, T.Funatsu
  • 学会等名: The 11th Korean MEMS Conference : KMEMS 2009(1-3)
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2009-04-03
• [学会発表] Precise Titration Microfluidic System Using Sub-Picoliter Droplet Injection (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Kawai, M.Fujii, S.Shoji
  • 学会等名: 22nd IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems : MEMS 2009(519-522)
  • 発表場所: Sorrento, Italy
  • 年月日: 2009-01-27
• [学会発表] Cell Function Analysis Tools Fabricated by MEMS and Nanotechnology (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Shoji, T.Arakawa, K.Kawai, T.Funatsu
  • 学会等名: International Symposium on Surface Science and Nanotechnology : ISSS-5(407)
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 20081109-20081113
• [学会発表] High Performance Microfluidic Device for Sequential Trapping, Labeling and Content Extraction of Single Cells (2008)
  • 著者名/発表者名: Y.Murakami, T.Arakawa, S.Nomura, Y.Yamaguchi, S.Shoji
  • 学会等名: The 12th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences : μTAS2008(1774-1776)
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 20081012-20081016
• [学会発表] Multiplexed Pneumatic Valve Control System for Large Scale Integrated Microfluidic Circuit (LSIMC) (2008)
  • 著者名/発表者名: K.Kawai, Y.Shibata, M.Kanai, S.Shoji
  • 学会等名: The 12th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences : μTAS2008(683-685)
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 20081012-20081016
• [学会発表] High Performance Multiple Biomolecules Sorting System (2008)
  • 著者名/発表者名: K.Ozaki, H.Sugino, T.Arakawa, Y.Shirasaki, T.Funatsu, S.Shoji
  • 学会等名: The 12th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences : μTAS2008(489-491)
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 20081012-20081016
• [学会発表] Dynamic Imaging of Single Biomolecular Interaction Using Flow Control and TIRFM (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Arakawa, T.Sameshima, Y.Sato, Y.Sumiyoshi, T.Ueno, Y.Shirasaki, T.Funatsu, S.Shoji
  • 学会等名: The 12th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences : μTAS2008(296-298)
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 20081012-20081016
• [学会発表] Cell Rupture Microfluidic Device Using Nano Needle Allay for Damage-Free Extraction of Organelles (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Arakawa, Y.Shirasaki, D.Yamazaki, T.Funatsu, S.Shoji
  • 学会等名: The 12th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences : μTAS2008(215-217)
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 20081012-20081016
• [学会発表] Post-Hydrophilic Treatment Free Plastic Biochip Fabrication Method Using Polyurea Film (2008)
  • 著者名/発表者名: H.Shinohara, Y.Takahashi, J.Mizuno, S.Shoji
  • 学会等名: 21st IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems : IEEE MEMS 2008(367-370)
  • 発表場所: Tucson
  • 年月日: 20080113-20080117
• [学会発表] MEMS/NTを応用した細胞機能解析マイクロシステム (2008)
  • 著者名/発表者名: 庄子習一、荒川貴博、川合健太郎、篠原秀敏、船津高志
  • 学会等名: 第17回日本コンピュータ外科学会大会(213-214)
  • 発表場所: 東京女子医科大学、東京
  • 年月日: 2008-11-01
• [学会発表] High Speed Organelles Sorting Microsystem Driven by a Single Pressure Source (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Aoki, Y.Shirasaki, T.Arakawa, H.Sugino, T.Funatsu, S.Shoji
  • 学会等名: The 11th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences : μTAS 2007(224-226)
  • 発表場所: Paris
  • 年月日: 20071007-20071011
• [学会発表] Efficient Addressable Fluid Control System Using Pneumatic Valve Array (2007)
  • 著者名/発表者名: K.Kawai, M.Kanai, S.Shoji
  • 学会等名: The 11th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences : μTAS 2007(32-34)
  • 発表場所: Paris
  • 年月日: 20071007-20071011
• [図書] BIO INDUSTRY(第27巻 第3号) (2010)
  • 著者名/発表者名: 庄子習一、川合健太郎
  • 総ページ数: 7(22-28)
  • 出版者: (株)シーエムシー出版
• [図書] MEMS/NEMS工学全集(Fundamentals and Applications of MEMS/NEMS Engineering) (2009)
  • 著者名/発表者名: 庄子習一
  • 総ページ数: 8(727-734)
  • 出版者: (株)テクノシステム
• [図書] マイクロ・ナノ化学チップと医療・環境・バイオ分析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 庄子習一
  • 総ページ数: 9(16-24)
  • 出版者: 技術教育出版社
• [図書] バイオテクノロジーシリーズ細胞分離・操作技術の最前線 (2008)
  • 著者名/発表者名: 庄子習一、荒川貴博、川合健太郎
  • 総ページ数: 9
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] M41 Micropump : liquid (2007)
  • 著者名/発表者名: S.Shoji, H.Sato, R.Zengerle
  • 出版者: Comprehensive Microsystems, Elsevier Science Ltd.