2014 Fiscal Year Annual Research Report
マイクロフルイディックエンジニアリングの深化と生体分子高感度定量計測への展開
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23226010
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
庄子 習一 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00171017)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹山 春子 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (60262234)
水野 潤 早稲田大学, 付置研究所, 教授 (60386737)
関口 哲志 早稲田大学, 付置研究所, 教授 (70424819)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 計測システム / μTAS / マイクロマシン / ナノバイオ / 定量計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1.研究の目的
微小発光サンプルの光学的超高感度定量計測を可能とすべく、on demand型の光学的補助機能を組み込んだマイクロ流体デバイスを開発する。H26年度は、試作した要素素子をアプリケーション側からの要求に応じてシステム化したプロトタイプデバイスを作製し、細胞、DNA等微小サンプルを使用した実証実験を行った。
2.研究実績の概要
１）ドロップレット関連技術のシステム応用（庄子・竹山・関口）：マイクロ流体デバイスを用いて、ナノ粒子表面へのたんぱく質の修飾に成功した。また、サイズが異なるドロップレットをパッシブにソーティングすることにより、柔らかい物質に損傷を与えることのないソーティング技術を開発し、システム化した。２）三次元シースフロー関連技術のシステム応用（庄子・関口）：前年度よりも長い人工血管の作製と培養、および内腔が実際に空いているかの確認に成功した。３）細胞の光学的手法を用いた機能解析（庄子・竹山・関口・水野）：前年度に引き続き細胞やDNA等にあらかじめ光学的に観察可能なマーカーを付与してから培養等を行い、その後解析を行うことで、メタゲノムに関する新たな知見を得ることに成功した。４）各種パッケージング技術の検討（水野・関口）：マイクロ流体デバイスの作製には各種材料の直接接合技術の確立が不可欠であり、本年度も引き続き接合技術の検討とパッケージングへの応用を行い、システム化に不可欠な技術を確立した。
【連携研究者】早稲田大学・助教：モリ テツシ、助教：細川 正人（細胞・バクテリア関連アプリケ ーション）ナノ理工学研究機構 助教：尹 棟鉉（ﾏｲｸﾛﾄﾞﾛｯﾌﾟﾚｯﾄ作製デバイスの開発）、埼玉大学・助教：鈴木美穂、福田 武司（バイオプローブの合成と評価）、東京大学・教授：船津 高志（生体たんぱく質の解析）、早稲田大学・准教授：武田 直也（細胞から組織への再構成）
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
H26年度は、前年度に引き続き、試作した要素素子をシステム化してプロトタイプを作製し、実際の細菌等微小サンプルを使用した実証実験を行い、得られた結果を各要素技術にフィードバックし改良と試作を繰り返す事を目的として研究を進めた。特に、本システムでの処理が適当であると思われるサンプルを選び出し、既存システムとの比較実験等を行う事も一つの目標とした。三次元シースフローデバイスシステムを応用した人工血管の作製と培養、各種ドロップレット操作技術の開発と応用システムによるメタゲノムの機能解析、単一細胞アポトーシスのリアルタイムイメージングに使用するバイオプローブ自体のマイクロ流体デバイス内での合成に成功したことなど、マイクロ流体デバイスのシステム応用として当初の目的以上の成果が得られ、それぞれに該当する学会発表や論文等の外部への情報発信も的確に行ったと判断している。
更に、本研究を発展させ、マイクロ流路内で金属錯体含有たんぱく質の化学合成を行い、従来法と比較した場合、反応速度や収率の点で圧倒的なアドバンテージがあることを示したことは、従来とは違う分野への応用として、大きな成果だと判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、前年度までに確立したマイクロ流体デバイスシステムを用いて、各種応用での評価を行い、本研究における当初の目的の達成度を確認する。具体的な研究予定は以下のとおりである。１）ドロップレット関連技術のシステム応用：当研究グループが確立済のドロップレット操作システム（生成・分割・融合）を用いて、ドロップレットに生体分子・細菌等を閉じ込め、培養・観察等を行い 、具体的性能評価を実施する。２）三次元シースフロー関連技術のシステム応用：三次元シースフロー作製システム用いて、バイオサンプルの選択的流し分けや、組織の再構築等を行い、その性能を評価する。３）細胞の光学的手法を用いた機能解析：細胞やDNA等にあらかじめ光学的に観察可能なマーカーを付与してからマイクロ流体デバイスシステムを用いて培養等を行い、その後外界からの刺激に対する反応を観察することで、従来より詳細な細胞の機能解析を行う。４）各種パッケージング技術の検討：マイクロ流体デバイスの作製とシステム化には各種直接接合技術の確立が不可欠であり、本年度も引き続き接合技術の検討検討とパッケージングへの応用を試みる。
最終年度にあたり、5年間のまとめとして上記項目に関して最終評価を行い、本研究の到達点を確認するとともに、５年間の成果について情報発信することを目的とする。
【連携研究者】H27年度は下記のものを連携研究者として追加する予定である。早稲田大学・理工学術院助教：細川 正人（細胞・バクテリア関連アプリケ ーション）ナノ理工学研究機構 助教：尹 棟鉉（ﾏｲｸﾛﾄﾞﾛｯﾌﾟﾚｯﾄ作製デバイスの開発）、埼玉大学 理工学研究科 助教：鈴木美穂、福田 武司（バイオプローブの合成と評価）、東京大学大学院薬学系研究科 教授：船津 高志（生体たんぱく質の解析）、早稲田大学・理工学術院・准教授：武田 直也（細胞から組織への再構成）
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Research Products
(40 results)
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[Presentation] Highly Controllable Three-Dimensional Sheath Flow Device for Fabrication of Artificial Capillary Vessels2015
Author(s)
J. Ito, R. Sekine, D.H. Yoon, Y. Nakamura, H. Oku, H. Nansai, T. Chikasawa, T. Goto, T. Sekiguchi, N. Takeda, S. Shoji
Organizer
The 28th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS 2015)
Place of Presentation
Estoril, Portugal
Year and Date
2015-01-18 – 2015-01-22
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[Presentation] Peptide-Based Ligand Screening System for G. Protein-Coupled Receptors Using Water-In-Oil Microdroplets2014
Author(s)
T. Sakurai, R. Iizuka, R. Sekine, Y. Nakamura, D.H. Yoon, T. Sekiguchi, J. Ishii, A. Kondo, S. Shoji, T. Funatsu
Organizer
The 18th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2014)
Place of Presentation
San Antonio, Texas, USA
Year and Date
2014-10-26 – 2014-10-30
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[Presentation] Real-Time Monitoring of Chemical Reaction in Microdroplet with Quantum Dot and Dye Using Fluorescence Spectroscopy2014
Author(s)
T. Fukuda, N. Funaki, T. Kurabayashi, M. Suzuki, D,H, Yoon, A. Nakahara, T, Sekiguchi, S. Shoji
Organizer
The 8th International Symposium on Organic Molecular Electronics (ISOME 2014)
Place of Presentation
東京
Year and Date
2014-05-15 – 2014-05-16
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