MEMS技術を用いたオンチップ細胞ネットワーク機能解析デバイスの開発

利用MEMS技术开发片上细胞网络功能分析装置

• 批准号: 19650115
• 负责人: 柴田 隆行
• 金额: $ 2.05万
• 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: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19650115/
• 关键词: 細胞パターニング; 細胞マニピュレーション; 細胞機能解析; MEMS; BioMEMS; マイクロマシニング; ナノバイオテクノロジー

本研究では,MEMS技術によって,単一細胞の機能解析や3次元空間に人為的に配置制御した複数の細胞郡の相互作用を解析するためのツールとして"オンチップ細胞ネットワーク機能解析デバイス"の開発を行うことを目的として実施した.得られた成果をまとめると以下のとおりである.1. マイクロ空間細胞配列デバイスの開発1) 厚膜ネガ型フォトレジスト(SU-8)のドライフィルム(膜厚25m)を用いることで,直径5〜10μm程度の垂直性(下面直径/上面直径=0.86)の高いピラー構造を作製し,細胞を任意の空間に配列するためのデバイスを開発した.また,疎水性であるSU-8に対してO_2プラズマによる親水化処理(接触角:10°以下)を行うことで,細胞を模擬したポリマー微粒子(粒径11μm)の捕獲性能が大幅に向上することを示した.2) 親水化処理を施したデバイスへの微粒子配列実験を行い,滴下する懸濁液の全量と微粒子の濃度の影響を定量的に明らかにした.最適条件下では,約75%の捕獲率を実現した.2. 細胞ネットワーク機能解析1) 作製したデバイスを用いて,HeLa細胞(ヒト由来癌細胞)の播種を行った結果,実際の細胞においてもピラーアレイ構造内に捕獲が可能であることを示した.細胞を模擬したポリマー微粒子の捕獲実験と同様に滴下する細胞懸濁液の量と濃度が細胞の捕獲率に影響を与えることを定量的に明らかにした.2) 細胞ネットワーク機能の解析を目的とし,作製したデバイスを用いたHeLa細胞の培養実験を行った.48時間培養(37℃, 5%CO_2)後に,トリパンブルー染色によって生死判別を行った結果,HeLa細胞は単独で存在した場合でも生存可能であることがわかった.しかし,複数の細胞が接着した状態で存在した場合の方が,細胞の伸展が起こり易いことも明らかとなった.以上の結果から,本デバイスが細胞ネットワーク機能解析のための有力なツールとなり得ることを示した.

在这项研究中，我们将开发一种“片上细胞网络功能分析装置”作为工具，利用MEMS技术来分析单个细胞的功能以及在三维空间中人工排列的多个细胞群的相互作用的结果。所得成果总结如下： 1.微空间单元阵列器件的研制1)通过使用厚膜负性光刻胶（SU-8）的干膜（厚度：25 m），创建了直径约5至10 μm且高垂直度（底部直径/顶部直径= 0.86）的柱结构，细胞是一种排列的装置此外，通过用O_2等离子体处理疏水性SU-8使其具有亲水性（接触角：10°或更小），我们提高了捕获模拟细胞的聚合物微粒（粒径11μm）的能力2)。我们在经过亲水处理的装置上进行了颗粒排列实验，定量阐明了滴加悬浮液总量和颗粒浓度的影响。在最佳条件下，我们实现了约 75% 的捕获率。 .2. 小区网络功能分析1)使用所制作的装置接种 HeLa 细胞（人类来源的癌细胞）的结果表明，可以在柱阵列结构内捕获实际细胞。同样，我们定量地阐明了模拟细胞的聚合物颗粒的数量和浓度。掉落的细胞悬液影响细胞捕获率。2)为了分析细胞网络功能，我们利用制作的装置进行了HeLa细胞的培养实验。培养48小时（37℃，在5%CO_2)后，我们通过台盼蓝染色来确定HeLa细胞是活还是死，发现即使单独存在，它们也是有活力的。然而，当多个细胞以贴壁状态存在时，它也上述结果表明，该装置可以成为分析细胞网络功能的有力工具。

项目成果

Development of microdevice for functional analysis of cellular network

蜂窝网络功能分析微型装置的开发

• 发表时间: 2008
• 期刊: Proc.the First Symposium on Frontiers of IntelligentSensing(FIS2008 Toyohashi)
• 作者: 加藤 統久;柴田 隆行;酒井 貴浩;山中 信司;川島 貴弘
• 通讯作者: 川島 貴弘

Characterization of Micro fabricated Devices for Cellular Network Analysis

用于蜂窝网络分析的微型器件的表征

• 发表时间: 2008
• 期刊: Proc. the 9th Japan-Korea Joint Workshop on Advanced Semiconductor Processes and Equipments
• 作者: T. Kawashima;T. Shibata
• 通讯作者: T. Shibata

細胞機能御のための圧翻動型マイク細胞培養チプの開発

用于细胞功能控制的翻译麦克风细胞培养芯片的开发

• 发表时间: 2008
• 作者: 脇坂 健司;松澤 勇太;柴田 隆行;川島 貴弘;増澤 徹;岸田 晶夫
• 通讯作者: 岸田 晶夫

細胞ネットワーク機能解析のためのマイクロ空間細胞配列チップの開発-細胞を模擬iした微粒子の配列実験-

用于细胞网络功能分析的微空间细胞阵列芯片的研制-模拟细胞的微粒阵列实验-

• 发表时间: 2007
• 作者: 川島 貴弘;新町 拓也;柴田 隆行;峯田 貴;牧野 英司
• 通讯作者: 牧野 英司

セルパターニングのための細胞操作用マイクロマニピュレータアレイの開発(第1報)-吸盤型マイクロニードルの作製-

用于细胞图案化的细胞操作的显微操作器阵列的开发（第一份报告） - 吸盘形微针的制造 -

• 发表时间: 2008
• 作者: 山中 信司;柴田 隆行;川島 貴弘;峯田 貴;牧野 英司
• 通讯作者: 牧野 英司