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2011 年度 実績報告書

オンチップロボティクスを基盤とする光合成細胞の能動計測と機能解明

研究課題

研究課題/領域番号 23226007
研究機関名古屋大学

研究代表者

新井 史人  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (90221051)

研究分担者 川原 知洋  名古屋大学, 工学研究科, COE特任助教 (20575162)
丸山 央峰  名古屋大学, 工学研究科, 助教 (60377843)
魚住 信之  東北大学, 工学研究科, 教授 (40223515)
キーワードマイクロ・ナノデバイス / 先端機能デバイス / 細胞計測 / 生物・生体工学 / ナノバイオ / フォトリソグラフィ / マイクロ流体チップ / 磁気駆動
研究概要

マイクロ流体チップ内にマイクロ・ナノロボットを組み込み,これを非接触で操作することで,光合成細胞であるラン藻(Synechocystis sp.PCC 6803)の浸透圧変化に対するマルチパラメータ計測を高速かつ連続的に行い,ラン藻の浸透圧調整機構の仕組みを明らかにすることを目的とした.まず,独自の磁気駆動技術をベースに,ラン藻のマルチパラメータをオンチップで高速かつ連続的に計測するシステムの構想をまとめ,基本システムを構築した.次に,これを利用してラン藻の浸透圧変化による応答を,単一細胞レベルで直接観測し,機械刺激受容性チャネルの仕組みを解明するための培養細胞の準備を行った.また,ラン藻の粘弾性を測ることで,糖を形成する遺伝子や環境条件との関係を調べて評価するための培養細胞の基礎評価を行った.
(1)微細加工技術・システム構築(新井)
フェムト秒レーザ加工と,フォトリソグラフィを組み合わせ,三次元的にナノ構造体を実現するための加工システムを構築し,コンピュータ制御により三次元露光した.また,力計測プローブに変位縮小機構をマイクロ流体チップに組み込んで磁気駆動するシステムを考案し,従来と比べて精度を約10倍改善できた.
(2)細胞計測・制御(新井,川原)
磁気駆動技術を利用し,細胞の粘弾性を計測するロボットシステムを制御し,高速ビジョンと組み合わせて位置決め特性を大幅に改善した.
(3)環境計測・制御(新井,丸山)
マイクロ流体チップの流体制御を行い,流れの安定化を行った.また,光ピンセットを利用してラン藻を流路内で計測位置に固定するシステムの設計を行った.
(4)細胞計測・評価・機能解析(魚住)
ラン藻Synechocystis sp.PCC 6803を,200mM NaCl培地で増殖させることで,細胞表層を固くすることが可能であることを顕微鏡観察と細胞表層染色で確認した.

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2011 その他

すべて 学会発表 (13件) 備考 (2件)

  • [学会発表] 細胞の力学パラメータ連続計測のためのオンチッププローブの非接触精密駆動2011

    • 著者名/発表者名
      佐久間臣耶, 新井史人
    • 学会等名
      第24回化学とマイクロ・ナノシステム研究会
    • 発表場所
      大阪府立大学中百舌鳥キャンパス(発表確定)
    • 年月日
      2011-11-18
  • [学会発表] Noncontact Nanometric Positioning of Probe Tip for Continuous stiffness Measurement2011

    • 著者名/発表者名
      S.Sakum, F.Arai
    • 学会等名
      IEEE International Symposium on Micro-Nano Mechatronics and Human Science
    • 発表場所
      Noyori Conference Hall, Nagoya University (Nagoya)(発表確定)
    • 年月日
      2011-11-08
  • [学会発表] 3DOF Dual-Arm Microrobots Enabling Force Sensing in a Microfluidic Chip2011

    • 著者名/発表者名
      M.Sugita, T.Kawahara, F.Arai, et al
    • 学会等名
      IEEE International Symposium on Micro-Nano Mechatronics and Human Science
    • 発表場所
      Noyori Conference Hall, Nagoya University (Nagoya)(発表確定)
    • 年月日
      2011-11-08
  • [学会発表] On-chip high speed microrobot made of Ni-Si composite structure with three-dimensionally patterned surface2011

    • 著者名/発表者名
      M.Hagiwara, T.Kawahara, F.Arai, et al
    • 学会等名
      IEEE International Symposium on Micro-Nano Mechatronics and Human Science
    • 発表場所
      Noyori Conference Hall, Nagoya University (Nagoya)(発表確定)
    • 年月日
      2011-11-08
  • [学会発表] Ultra-High-Speed Robot Hand and Eye for Investigation of Microorganisms in a Chip2011

    • 著者名/発表者名
      T.Kawahara, F.Arai, et al
    • 学会等名
      15th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences
    • 発表場所
      Washington State Convention Center (Seattle)
    • 年月日
      2011-10-05
  • [学会発表] Ultrahigh Speed Cell Manipulation by Robot on a Chip : A Levitated Structure with Three-Dimensionally Patterned Surface2011

    • 著者名/発表者名
      M.Hagiwara, T.Kawahara, F.Arai, et al
    • 学会等名
      15th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences
    • 発表場所
      Washington State Convention Center (Seattle)
    • 年月日
      2011-10-05
  • [学会発表] On-Chip Stimulation and Evaluation System for Aquatic-Microorganisms by Magnetically Driven Microtools2011

    • 著者名/発表者名
      T.Kawahara, F.Arai
    • 学会等名
      IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (Workshop)
    • 発表場所
      Hilton San Francisco Union Square (San Francisco)
    • 年月日
      2011-09-30
  • [学会発表] 細胞の力学パラメータ連続計測のためのオンチッププローブの非接触精密駆動2011

    • 著者名/発表者名
      佐久間臣耶, 新井史人
    • 学会等名
      第3回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
    • 発表場所
      タワーホール船堀(東京)
    • 年月日
      2011-09-27
  • [学会発表] 細胞の力学パラメータ高速連続計測のためのオンチッププローブの非接触精密駆動2011

    • 著者名/発表者名
      佐久間臣耶, 新井史人
    • 学会等名
      第29回日本ロボット学会学術講演会
    • 発表場所
      芝浦工業大学豊洲キャンパス(東京)
    • 年月日
      2011-09-07
  • [学会発表] 磁気駆動マイクロロボットの三次元加工によるオンチップ高速細胞操作2011

    • 著者名/発表者名
      萩原将也, 川原知洋, 新井史人, ほか
    • 学会等名
      第29回日本ロボット学会学術講演会
    • 発表場所
      芝浦工業大学豊洲キャンパス(東京)
    • 年月日
      2011-09-07
  • [学会発表] オンチップ微生物操作・計測のための3自由度双腕磁気駆動マイクロツール2011

    • 著者名/発表者名
      杉田真邦, 川原知洋, 新井史人, ほか
    • 学会等名
      第29回日本ロボット学会学術講演会
    • 発表場所
      芝浦工業大学豊洲キャンパス(東京)
    • 年月日
      2011-09-07
  • [学会発表] 変位縮小機構によるマイクロツフルの非接触微細操作2011

    • 著者名/発表者名
      佐久間臣耶, 新井史人, ほか
    • 学会等名
      第23回化学とマイクロ・ナノシステム研究会
    • 発表場所
      千葉大学西千葉キャンパスけやき会館(千葉)
    • 年月日
      2011-06-11
  • [学会発表] 微生物の生態・機能解析に向けたオンチップビオトープ2011

    • 著者名/発表者名
      杉田真邦, 川原知洋, 新井史人, ほか
    • 学会等名
      第23回化学とマイクロ・ナノシステム研究会
    • 発表場所
      千葉大学西千葉キャンパスけやき会館(千葉)
    • 年月日
      2011-06-11
  • [備考]

    • URL

      http://www.biorobotics.mech.nagoya-u.ac.jp/research/research.html

  • [備考]

    • URL

      http://www.youtube.com/watch?v=1Q6tzDF-fGU

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公開日: 2013-06-26  

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