フォトニック流体制御による単一細胞多元分析システムの開発

利用光子流体控制开发单细胞多维分析系统

基本信息

批准号：
18048017
负责人：
丸尾昭二
金额：
$ 7.49万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、単一細胞の分子応答や力学刺激応答をサイト選択的に多元分析する「マイクロチップ型分析システム」の構築をめざした。本システムの特徴は、マイクロポンプやバルブなどの流体制御素子をレーザー光によって遠隔駆動させることである。このシステムは、マイクロアクチュエータを内蔵させる必要がないため、バイオチップ自体を小型で安価に製造できるという特徴がある。本年度は、レーザー照射によって高速回転駆動するヘリカルロータマイクロポンプの設計・試作を行った。直径4μmの円筒内部に螺旋状のブレードを内蔵させたヘリカルロータを設計し、レーザー光による光の放射圧によって回転トルクを高効率に発生させることに成功した。このヘリカルロータは300rpm以上で高速回転することを実験的に確かめた。さらに、このロータをU字型マイクロ流路に内蔵させたマイクロポンプを設計した。このポンプでは、回転するロータの周囲に生じる粘性力によって液体を輸送する。設計では、最大流量が得られる形状を有限要素法に基づく流体解析によって決定した。実際に、2光子マイクロ光造形法によって、マイクロポンプを試作し、駆動検証実験を行った。その結果、pL/分オーダの超微量液体輸送が実現できていることが確認できた。また、光駆動流体制御素子の複数・同時駆動をめざして、空間光変調素子を用いた多点同時光トラッピングシステムを構築した。複数の微粒子を同時に捕捉し、自在駆動させることに成功した。今後、このマルチトラッピングシステムを用いて、より高度な光制御バイオチップの研究開発を行う予定である。

在这项研究中，我们的目标是构建一个“微芯片型分析系统”，可以选择性地分析单个细胞的分子反应和机械刺激反应。该系统的一个特点是微型泵和阀门等流体控制元件由激光远程驱动。该系统不需要内置微执行器，因此生物芯片本身可以以小尺寸和低成本制造。今年，我们设计并原型制作了一种螺旋转子微型泵，通过激光照射驱动高速旋转。我们设计了一种在直径为 4 μm 的圆柱体中内置有螺旋叶片的螺旋转子，并成功地利用激光的辐射压力产生高效率的旋转扭矩。经实验证实，该螺旋转子以超过300转/分的高速旋转。此外，我们设计了一种微型泵，该转子内置于 U 形微通道中。在该泵中，液体通过旋转转子周围产生的粘性力输送。在设计中，通过基于有限元方法的流体分析确定了能够提供最大流量的形状。我们实际上使用双光子微立体光刻技术制造了原型微型泵，并进行了驱动验证实验。结果证实可以实现pL/min量级的超痕量液体输送。此外，为了同时驱动多个光驱动流体控制元件，我们利用空间光调制器构建了多点同时光捕获系统。我们成功地同时捕捉多个粒子并自由驱动它们。未来，我们计划利用这种多重捕获系统来研究和开发更先进的光控生物芯片。

项目成果

期刊论文数量（21）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

マイクロポンプ

微型泵

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

ナノオプティクス・ナノフォトニクスのすべて -ナノ光技術の基礎から実用まで-

关于纳米光学和纳米光子学的所有内容 - 从纳米光学技术的基础知识到实际应用 -

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
影响因子：
0
作者：
井上宏之;芳賀誠士;丸尾昭二;丸尾昭二;T. Hasegawa;A. Takaura;S. Maruo;高浦彰;高浦彰;S. Hardt(編);丸尾昭二(分担執筆)
通讯作者：
丸尾昭二(分担執筆)

Recent progress in two-photon microfabrication

双光子微加工的最新进展

DOI：
发表时间：
2008
期刊：
Lasers&Photonics Reviews 2
影响因子：
0
作者：
M. Shibata;N. Ohura;N. Sekiya;S. Ichioka;A. Kamiya;S. Maruo
通讯作者：
S. Maruo

Two-photon microfabrication with a supercritical CO2 drying process toward replication of three-dimensional microstructures

采用超临界 CO2 干燥工艺的双光子微加工复制三维微结构

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
影响因子：
0
作者：
井上宏之;芳賀誠士;丸尾昭二;丸尾昭二;T. Hasegawa
通讯作者：
T. Hasegawa

2光子造形による光制御バイオチップの開発

使用双光子建模开发光控生物芯片

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
化学とマイクロ・ナノシステム研究会誌 6・1
影响因子：
0
作者：
M. Shibata;N. Ohura;N. Sekiya;S. Ichioka;A. Kamiya;S. Maruo;S. Hardt(編);S. Maruo;S. Maruo;丸尾昭二;丸尾昭二;丸尾昭二;丸尾昭二;丸尾昭二;丸尾昭二
通讯作者：
丸尾昭二