空間光制御による3次元マルチ細胞操作・計測システムの開発

利用空间光控制开发 3D 多细胞操纵和测量系统

• 批准号: 20034018
• 负责人: 丸尾 昭二
• 金额: $ 4.61万
• 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: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20034018/
• 关键词: マイクロ光造形; 心筋細胞; バイオマイクロポンプ

本研究では、3次元マルチ光マニピュレーション技術とマイクロ流体制御技術を融合し、複数の細胞を自在に配置・固定する「3次元マルチ細胞操作システム」を構築する。さらに、本システムを用いて、心筋細胞と3次元微細構造を組み合わせたバイオマイクロポンプの開発をめざしている。本年度は、細胞株の1種であるP19.CL6を分化させて、自律的に拍動する心筋細胞を得るための実験条件を探索した。細胞の継代時期や分化誘導を引き起こすためのDMSOの濃度などを最適化し、分化誘導後3週間程度で拍動する心筋細胞を得るための実験条件を確立した。次に、2光子マイクロ光造形法を用いてドーム型チャンバーを造形した。さらに、光ピンセットに基づく細胞マニピュレーションシステムを用いて、未分化のP19.CL6細胞を作製したドームチャンバーの上面に配置・固定化する実験を行った。この際、細胞の初期位置を規定するために、微小なポール構造および外壁構造を形成し、チャンバー上面から細胞が流れ出ないようにチャンバー構造を改良した。今後は、チャンバー上に配置した細胞を分化させて、心筋細胞によって駆動するバイオマイクロポンプの試作を行う予定である。また、新しいマイクロ流体制御技術として、これまで我々が開発してきたスパイラルロータを複数用いたタンデム型マイクロポンプを開発した。このタンデムポンプは、空間光変調素子を用いた光駆動システムを用いて形成した複数焦点スポットによって2つのロータを同時駆動することによって液体の長距離輸送を可能とするポンプであり、バイオマイクロポンプへの溶液供給や細胞操作技術に利用可能である。

在本研究中，我们将结合3D多光操纵技术和微流控技术，构建一个可以自由定位和固定多个细胞的“3D多细胞操纵系统”。此外，利用该系统，我们的目标是开发一种结合心肌细胞和三维微结构的生物微型泵。今年，我们寻找实验条件来分化P19.CL6（一种细胞系），并获得自主跳动的心肌细胞。通过优化细胞传代时间和诱导分化的DMSO浓度，我们建立了诱导分化后约3周获得跳动心肌细胞的实验条件。接下来，使用双光子微立体光刻技术制造了圆顶形室。此外，使用基于光镊的细胞操纵系统，我们进行了一项实验，其中将未分化的 P19.CL6 细胞放置并固定在准备好的圆顶室的顶面上。此时，为了限定细胞的初始位置，形成了微小的杆结构和外壁结构，并且改进了腔室结构以防止细胞从腔室顶部流出。未来，他们计划区分放置在腔室中的细胞，并创建由心肌细胞驱动的原型生物微型泵。此外，作为一种新的微流体控制技术，我们开发了一种串联微型泵，该泵使用我们之前开发的多个螺旋转子。该串联泵是一种通过使用空间光调制元件的光驱动系统形成的多焦点同时驱动两个转子来实现液体的长距离输送的泵，可用于溶液供给和细胞操作技术。

项目成果

ラゲールガウスビームを用いたマイクロ構造体の光駆動

使用拉盖尔高斯光束对微结构进行光学驱动

• 发表时间: 2009
• 作者: 斉藤洋平;丸尾昭二
• 通讯作者: 丸尾昭二

Optically driven micropump with a twin spiral microrotor

• DOI: 10.1364/oe.17.018525
• 发表时间: 2009-10-21
• 期刊: OPTICS EXPRESS
• 影响因子: 3.8
• 作者: Maruo, Shoji;Takaura, Akira;Saito, Yohei
• 通讯作者: Saito, Yohei

Magnetically driven micropump produced by microstereolithography with ferrite nanoparticle composite photopolymer

采用铁氧体纳米粒子复合光聚合物通过微立体光刻技术生产的磁驱动微型泵

• 发表时间: 2008
• 作者: S. Malmo;T. Saeki;Y. Kanazawa and Y. Ichiyanagi
• 通讯作者: Y. Kanazawa and Y. Ichiyanagi

A viscous micropump using a spinning microrotor driven by a Laguerre-Gaussian beam

使用由拉盖尔高斯光束驱动的旋转微转子的粘性微泵

• 发表时间: 2009
• 作者: S.Maruo;Y.Saito
• 通讯作者: Y.Saito

光造形によるマイクロ流体輸送機構作製

通过立体光刻技术制造微流体传输机制

• 发表时间: 2008
• 期刊: 応用物理 第77巻
• 作者: S.Maruo;A.Takaura;Y.Saito;丸尾昭二
• 通讯作者: 丸尾昭二