Development of semiconductor-based biosensing system for quality evaluation of embryo obtained by in vitro fertilization

开发基于半导体的生物传感系统，用于体外受精获得的胚胎质量评估

基本信息

批准号：
22H03920
负责人：
坂田利弥
金额：
$ 11.23万
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 (B)
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

项目摘要

半導体バイオセンサのゲート電極表面に細胞培養に適した化学修飾を施し細胞を培養する。その際、細胞とゲート電極との間に形成されるナノメートルオーダーのギャップに細胞呼吸により蓄積される乳酸や二酸化炭素といった代謝産物がpH変化を誘導する。つまり、この細胞/ゲート電極間のナノギャップ領域でのpH変化を半導体バイオセンサにより非侵襲的に計測可能となる。本来、半導体バイオセンサのゲート電極表面は酸化膜から構成されており、pH応答性が良好で電気化学的にはネルンスト応答（59.2 mV/pH at 25 ℃）を示す。しかしながら、現状ではゲート電極とその周辺部まで細胞が一面に培養されているため、個々の細胞に基づくpH変化を再現性良く定量的に見積もることが困難である。特に、個々の評価が必要な体外受精卵（胚）を対象とする場合、各ゲート電極上に体外受精後の胚を一つ一つ静置し長時間活性をモニタリングする必要がある。そこで本研究では、計測対象を胚とし、一つのゲート電極上に一つの胚が固定可能なウェルを含むカートリッジ型プレートを作製し、個々の胚の呼吸活性を再現良く定量的に評価する。当該年度は、マウス胚の呼吸活性を計測およびその形態を観察可能な透明ゲート半導体バイオセンサを作製するとともに、そのゲート電極にマウス胚1個を配置するためのウェルを作製した（カートリッジ型プレート）。また、上記カートリッジ型プレートを用いて電気計測の可能性について調査した。

细胞通过适合于半导体生物传感器栅极表面的细胞培养的化学修饰培养。此时，乳酸和二氧化碳等代谢产物通过细胞呼吸积聚在细胞和栅极电极之间形成的纳米级间隙中诱导pH变化。换句话说，可以通过使用半导体生物传感器非侵入性测量细胞/栅极电极之间纳米含量区域的pH变化。最初，半导体生物传感器的栅极电极表面由氧化物膜制成，并且具有良好的pH响应能力，并且电化学表现出NERNST响应（在25°C时为59.2 mV/pH）。但是，目前，在整个栅极电极和周围区域都培养了细胞，因此很难根据具有良好可重复性的单个细胞来定量估计pH变化。特别是，当靶向需要个人评估的体外受精卵（胚胎）时，必须在每个门电极上放置每个胚胎以长时间监测其活性。因此，在这项研究中，在一个栅极电极上制备包含可以固定在一个胚胎的孔的墨盒型板，并通过可再现和定量评估对每个胚胎的呼吸活性进行定量评估。在今年，我们准备了一个透明的栅极半导体生物传感器，可以测量小鼠胚胎的呼吸活性并观察形态，并创建了一个井，用于将一个小鼠胚胎放在栅极电极（墨盒型板）上。此外，使用墨盒型板研究了电测量的可能性。