Investigation of Responsive Characteristics of Photosynthetic Cells to Environmental Stimuli by Using On-chip Local Environmental Control

利用片上局部环境控制研究光合细胞对环境刺激的响应特性

基本信息

批准号：
21H04543
负责人：
新井史人
金额：
$ 27.12万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

藍藻を用いて，生体膜で機能するイオン輸送体による環境適応能力を調査した．マイクロ流体チップとマイクロプローブを有するオンチップロボットシステムを統合し，特定細胞への刺激量を動的かつ精密に制御し，細胞応答計測を動的に行った．以下に述べる２通りの方法で研究を進めた．(1) マイクロ流体チップ内の気液界面を使って，微小な液滴を10 ms以下の短時間で置換し，細胞に浸透圧変化などの外部刺激を与え，細胞の大きさ変化を高速ビションによって，計測・評価する．(2) マイクロ流体チップ上の細胞をマイクロプローブによって拘束し，超高分解能を有するピペットを用いて溶液を高速に吸引吐出制御することによって，msオーダーの短時間で外部刺激を与える．そして，マイクロプローブによって，細胞の機械特性を計測する．チップ内での細胞計測実験を行い，以下の成果を得た．A．微細加工・システム構築：システムを改良し，PZT駆動のマイクロポンプによって高速に溶液置換するシステムを構築した．蛍光色素を用いた評価実験ではステップ応答で10 ms以下の高速応答を実現した．B. 動的機械特性計測：藍藻の大きさ変化，粘弾性計測を実現する動的力センシングのための機構を製作した．２つのプローブの水平調整を行い，実際に動的に力計測を行った．C．環境制御・計測：蛍光色素を用いて，藍藻の生死判別を行い，機械学習を用いて，細胞のサイズ（面積）を自動的に計測するシステムを構築した．１画面に複数の細胞がある場合でも自動で面積計算をすることが可能になった．D. 細胞計測・評価・機能解析：藍藻の生体膜で機能する輸送体および細胞体積調節蛋白質の遺伝子の不活化株を相同的遺伝子組換え技術によって作成し，動的な環境変化（刺激）による藍藻の力学的特性計測を行った．溶液置換の前後で藍藻が死にいたらない条件が細胞によって異なることが明らかになった．

利用蓝绿藻，我们研究了在生物膜中发挥作用的离子转运蛋白的环境适应能力。我们将片上机器人系统与微流控芯片和微探针集成在一起，以动态、精确地控制对特定细胞的刺激量，并动态测量细胞反应。我们使用以下两种方法进行研究。 (1)利用微流控芯片中的气液界面，我们可以在10ms或更短的时间内置换微小液滴，对细胞施加渗透压变化等外部刺激，并利用高压改变细胞的大小。速度测量和评估。 (2)微流控芯片上的细胞被微探针约束，通过使用超高分辨率的移液管高速控制溶液的吸入和喷射，在毫秒量级的短时间内施加外部刺激。然后，使用微探针测量细胞的机械性能。我们在芯片内进行了细胞计数实验，得到了以下结果。一个。微细加工/系统构建：我们改进了系统，并构建了使用PZT驱动的微泵进行高速溶液更换的系统。在使用荧光染料的评估实验中，我们实现了阶跃响应小于10ms的高速响应。 B.动态机械性能测量：我们创建了动态力传感机制来测量蓝绿藻的尺寸变化和粘弹性。水平调整两个探头，实际动态测量力。 C. 环境控制/测量：我们使用荧光染料来确定蓝绿藻是活还是死，并建立了一个使用机器学习自动测量细胞大小（面积）的系统。现在，即使一个屏幕上有多个单元格，也可以自动计算面积。 D.细胞测量、评估和功能分析：利用同源基因重组技术创建了在蓝藻生物膜中发挥作用的转运蛋白和细胞体积调节蛋白基因的失活菌株，并测量了蓝绿藻的力学特性。很明显，蓝绿藻在溶液更换前后不死亡的条件因细胞而异。

项目成果

期刊论文数量（18）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

急激な浸透圧変化に対する藍藻の浸透圧調整機能の評価

蓝绿藻针对渗透压快速变化的渗透压调节功能评价

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
王道遠;李敏赫;鈴木雄二;金子真悟，杉浦広峻，辻井　雅，魚住信之，新井史人
通讯作者：
金子真悟，杉浦広峻，辻井　雅，魚住信之，新井史人

急激な浸透圧変化を受ける単一細胞の複数同時計測の自動化

对经历快速渗透压变化的单细胞进行多个同时测量的自动化

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Y.Murai;M.Ishikawa;金子真悟，辻井　雅，魚住信之，新井史人
通讯作者：
金子真悟，辻井　雅，魚住信之，新井史人

マイクロ流体チップ内の高速液滴置換による単一細胞の浸透圧ストレス応答計測

通过微流控芯片中的高速液滴位移测量单细胞的渗透应激响应

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Masato Yoshida;Kosuke Kimura;Toshihiko Hirooka;Keisuke Kasai;and Masataka Nakazawa;金子真悟，辻井雅，魚住信之，新井史人
通讯作者：
金子真悟，辻井雅，魚住信之，新井史人

High-speed liquid exchange using a 3D printed probe with dual pumps

使用带双泵的 3D 打印探针进行高速液体交换