超高感度磁気センサを用いた細胞膜電位計測システムの構築

超灵敏磁传感器细胞膜电位测量系统的构建

基本信息

批准号：
17650136
负责人：
田中三郎
金额：
$ 1.73万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17650136/
关键词：
細胞心筋 SQUID磁気センサ

项目摘要

自発的な収縮が有り比較的に計測が行いやすい心筋細胞(ラット)を用いて磁気信号の計測技術確立を中心に研究を進めた。これまでのパイロット実験では、数十ミクロンサイズの心筋培養細胞から、活動電位変化に起因する200pT(10^<-12>テスラ)程度の信号が得られていたが、大抵の場合は信号強度がその1/10〜1/100であり、信号が小さすぎて検出できないこともあった。これを高感度で検出するためには細胞の電流の向きと磁気センサの相対位置の検討をおこなった。電磁解析シミュレーションによって最も感度が高くなるような細胞形状とセンサの位置関係を検討した結果、細胞を培養ディッシュ内で縦方向に置いて培養することが必要となった。縦方向の培養を試みたが、細胞が定着せず、この方法はうまくいかなかった。昨年、センサの形状の検討を行い、マルチチャンネルタイプのSQUID(3ch)を新規に開発、設計試作し、これを用いて10dayラットの心臓片からの磁気計測を行うことができた。H18年度は3chで位置分解能が優れた1mm×1mmのSQUIDを試作し、特性評価を行った。その結果、0.01mm2の有効捕獲面積を得られ、従来の0.1×0.1mm2の約2倍の大きさを得ることができた。また、試作したSQUIDのホワイトノイズレベルは約5pT/Hz1/2であった。これはこれまで作製してきたSQUIDの約半分であり、感度が約2倍向上したことを示している。しかし、残念ながら、細胞からの信号を計測するには至らなかった。さらに磁場分解能と、位置分解能の最適化が必要と思われる。

研究主要是针对使用具有自发收缩且相对易于测量的心肌细胞（大鼠）建立磁信号测量技术的。先前的试验实验获得了约200 pt（10^<-12> tesla）的信号，这是由于动作电位的变化发生了几十万微米的心肌培养细胞的变化，但在大多数情况下，信号强度为1/10至1/100，有时信号太小，无法检测。为了高灵敏度检测到这一点，我们研究了细胞电流的方向和磁传感器的相对位置。通过研究细胞形状和传感器之间的位置关系，这是最敏感的，通过电磁分析模拟，必须将细胞置于培养皿中的垂直方向上。尝试了纵向培养，但是细胞没有定植，该方法不起作用。去年，我们检查了传感器的形状，开发了一种新的多通道鱿鱼（3CH），并用它来从10天的大鼠心脏片中进行磁性测量。在2016年，我们原型制作了一个1mm x 1mm鱿鱼，在3CH上具有出色的位置分辨率，并评估了特征。结果，获得了0.01 mm2的有效捕获面积，大小约为常规0.1 x 0.1 mm2的两倍。此外，原型鱿鱼的白噪声水平约为5pt/hz 1/2。这是我们到目前为止生产的鱿鱼的一半，表明灵敏度已提高了大约两次。但是，不幸的是，我们无法测量细胞的信号。此外，似乎有必要优化磁场分辨率和位置分辨率。