微小流路と音波・光波のインタラクションを利用した細胞外微粒子分離分析法の開発

利用微通道与声波和光波相互作用的细胞外颗粒分离和分析方法的开发

• 批准号: 22K14582
• 负责人: 津山 慶之
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Tokyo Medical University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14582/
• 关键词: マイクロ流体工学; 細胞外微粒子; 音響定在波; アコースティックフォーカシング; マイクロ流体デバイス; 分離分析; レーザー計測; 音響操作

細胞外微粒子（EV: Extracellular Vesicles）は、生体内の情報伝達や細胞間コミュニケーションを担っているため、EVの組成や機能の包括的な理解によって疾病のメカニズム解明、診断や治療法の開発につながることが期待される。EVのサイズは直径50-1000 nmまで多岐に渡り、サイズによって内包物も異なることが報告されているが、EVのサイズと機能の関係については不明な点が多い。これを解明するためには煩雑な処理を必要とすることなくEVをサイズに基づいて分離する技術が求められる。そこで本研究ではマイクロ流体デバイスと音波・光波のインタラクションを利用した新規微粒子分離分析法を開発することを目指す。2022年度は主として微小流路と高調音響波を利用した微粒子の操作・分離法について検討した。ガラス基板に作製したマイクロ流路に対しピエゾ素子のオーバートーン発振を利用して高調音響波を発生させることで直径500 nmと1.3 μmのポリスチレン粒子を流路中心に整列させることに成功した。また、波数の異なる複数の高調音響波を同時に印加することによって粒子の整列位置を流路内で連続的に変化させることにも成功した。さらに、分岐を持つマイクロ流路に対して本手法を適用することで、微粒子の濃縮・希釈を制御可能なデバイスを実現することができた。電圧の強度や周波数、印加時間を制御することで流路内において自在な粒子位置制御ができることも示された。粒子を移動させる音響放射力は粒子サイズに依存するため、本手法を用いることでサイズに基づいた微粒子の分離が可能であることが示唆された。

细胞外囊泡（EV）负责生物体中的信息传递和细胞间通讯，因此对细胞外囊泡的组成和功能的全面了解将有助于阐明疾病机制并开发诊断和治疗方法。 EV 的尺寸从直径 50 到 1000 nm 不等，据报道，内含物根据尺寸的不同而变化，但 EV 尺寸与功能之间的关系还有很多未知数。为了解决这个问题，需要一种技术来根据尺寸分离电动汽车，而不需要复杂的处理。因此，本研究旨在开发一种利用微流体装置与声波和光波相互作用的新颗粒分离和分析方法。 2022年，我们主要研究利用微通道和谐波声波操纵和分离粒子的方法。通过利用玻璃基板上制造的微通道中压电元件的泛音振荡产生谐波声波，我们成功地将直径为 500 nm 和 1.3 μm 的聚苯乙烯颗粒排列在通道中心。此外，通过同时施加不同波数的多个谐波声波，他们成功地连续改变了流道内颗粒的排列位置。此外，通过将该方法应用于具有分支的微通道，我们能够创建一种可以控制微粒浓度和稀释度的装置。还表明，通过控制电压强度、频率和施加时间，可以自由控制流道内的颗粒位置。由于移动颗粒的声辐射力取决于颗粒尺寸，因此有人建议该方法可用于根据尺寸分离颗粒。

项目成果

フーリエ合成高調音響波による微小流路内での可変・動的な微粒子フォーカシング

使用傅立叶合成谐波声波在微通道中聚焦可变和动态粒子

• 发表时间: 2022
• 作者: 津山慶之;Sangwook Lee;吉岡祐亮;太田禎生
• 通讯作者: 太田禎生