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2021 年度 実施状況報告書

電気インピーダンス誘電回転トモグラフィによる細胞イメージング技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 21K14072
研究機関千葉大学

研究代表者

川嶋 大介  千葉大学, 大学院工学研究院, 日本学術振興会特別研究員(PD) (10813785)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
キーワード電気トモグラフィ / 誘電回転 / 細胞イメージング / 逆問題解析
研究実績の概要

本研究課題は、電気インピーダンス・誘電回転トモグラフィ(EIeRT)の開発を目的としており、2021年度は、本研究課題の1年目にあたる。本年度では、「細胞の回転制御技術(ERC)の開発」に関する研究開発を実施した。具体的な内容は以下の通りである。
EIeRT センサを作製した。石英基板に金を真空蒸着させることで実装した8つの電極で構成した。これらの8電極は、同心円状等間隔に配置されており、対向する電極間隔は約50マイクロメートルとした。8電極のうち、4つを電気インピーダンス計測用の電極として使用し、残りの4つを誘電回転のための回転電場印加用電極とすることでEIeRTセンサを担うことができる。
EIeRT実験用のシステム構成の詳細として、EIeRTセンサの直行する4つの電極にファンクションジェネレータを接続し、90度ずつ位相の異なる電場を同時に印加することで誘電回転電場を形成でき、電場強度および印加電場の周波数を制御パラメータとして回転電場の制御システムを実現した。また、誘電回転電場制御用の電極を除いた残りの4つの電極を利用し、マルチプレクサにより計測電極対をスイッチングすることで、細胞回転中に複数電極対パターンの電気インピーダンス計測するシステムを実現した。
また、回転する対象(細胞)における電気トモグラフィの画像再構成アルゴリズムを検討した。対象が回転するため、電極位置と対象との相対位置を考慮した感度行列の作成と、逆問題解法のアルゴリズムについて検討を行い、電界シミュレーションにより再構成画像の精度について検証した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

EIeRTの基本コンセプトであるセンサ設計および実験システムの構築がすでに完了しており、次年度実施予定の実験準備が整っている状態であるため。

今後の研究の推進方策

実験によりEIeRTの検証を行い、誘電回転中の細胞の空間的な変位に応じたインピーダンスシグナルを計測することが目標となる。その後、複数電極対を利用したトモグラフィック計測による画像化を検討する。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Study of transmembrane ion transport under tonicity imbalance using a combination of low frequency-electrical impedance spectroscopy (LF-EIS) and improved ion transport model2022

    • 著者名/発表者名
      Li Songshi、Kawashima Daisuke、Sugawara Michiko、Obara Hiromichi、Okeyo Kennedy Omondi、Takei Masahiro
    • 雑誌名

      Biomedical Physics & Engineering Express

      巻: 8 ページ: 035024~035024

    • DOI

      10.1088/2057-1976/ac5fc5

    • 査読あり
  • [学会発表] Imaging of ion concentration around cell spheroid by electrical impedance tomography2021

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Kawashima, Tsubasa Yuki, Songshi Li, hiromichi Obara, Masahiro Takei
    • 学会等名
      The 11th Asian-Pacific Conference on Biomechanics
    • 国際学会
  • [学会発表] Cell identification based on ion transmembrane transport under tonicity imbalance by low frequency-electrical impedance2021

    • 著者名/発表者名
      Songshi Li, Daisuke Kawashima, Michiko Sugawara, Hiromichi Obara, Masahiro Takei
    • 学会等名
      The 11th Asian-Pacific Conference on Biomechanics
    • 国際学会
  • [学会発表] 電気インピーダンストモグラフィを利用した細胞スフェロイド周囲のイオン拡散の定量分析2021

    • 著者名/発表者名
      川嶋大介, 結城翼, 李淞什, 小原弘道, 武居昌宏
    • 学会等名
      可視化シンポジウム2021
  • [学会発表] Application of Electrical Impedance Spectroscopy and Tomography to Cell Measurement and Evaluation2021

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Kawashima
    • 学会等名
      The 5th Africa International Biotechnology and Biomedical Conference (AIBBC 2021)
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2022-12-28  

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