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環境中に漂う匂い物資を迅速に検出することによって、環境モニタリングや危険物質の検出など、安全・安心に関わる課題を解決したいというニーズが高まっている。本研究では、昆虫嗅覚受容体を発現したSf21昆虫細胞（センサ細胞）と、液晶技術に基づく薄膜トランジスタ(Thin-film transistor; TFT)を融合することで、匂い物質の高感度測定とパターン計測が可能な細胞-FET型匂いセンサの構築を行うことを目的とする。
2020年度、2021年度は、3Dプリンタを用いて、センサ細胞への匂い刺激時の液面の揺れと、流路内への気泡侵入の抑制を両立する閉鎖型灌流カートリッジを開発した。また、応答検出を行うTFTデバイスの設計を実施した。3Dプリント製の灌流カートリッジを用いることで、不要な気泡を細胞播種領域に侵入させることなく、センサ細胞に対する匂い刺激が可能であることを確認した。
最終年度は、細胞-FET型匂いセンサの中核となるSf21昆虫細胞の、センサデバイス上における接着状態の可視化に取り組んだ。細胞の接着状態は検出効率に大きな影響を与えるが、細胞が生きた状態で接着界面を観察することはこれまで困難であり、センサ細胞の接着ダイナミクスや時空間的な情報は得られていなかった。そこで、反射干渉顕微法(IRM)を用いてセンサ細胞と基板の接着状態の精密な観察を行った結果、センサ細胞は、少ない静電反発力と特徴的なリング状の接着構造を持ち、基板に対して密着できることを見出した。細胞接着界面の可視化は、実際の接着界面を考慮した効率的なデバイス開発につながる。本成果は、米国化学会(ACS)発行の学術誌「Journal of Physical Chemistry Letters」にて発表され、雑誌表紙 (Supplementary)に選出されるなど、高い評価を得た。
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