MEMSナノ構造による生体物質の選択的認識ラベルフリー検出

使用 MEMS 纳米结构对生物材料进行选择性识别和无标记检测

• 批准号: 07J11111
• 负责人: 尾上 弘晃
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J11111/
• 关键词: MEMS; 細胞; DNA; パターニング; microTAS; 表面修飾; 生体信号検出

2年度目は、生体物質の適切なマイクロナノパターン上へのトラップ方法の確立と、そのトラップした生体物質からの生化学的な応答の取得を目指した。昨年度に引き続き、平成20年4月から平成21年1月末まで、米国カリフォルニア大学バークレー校化学科のProf.Richard Mathiesの研究室に滞在し、細胞の表面修飾の方法とマイクロ構造上へのトラッピングの方法を開発した。具体的には、細胞表面の膜タンパクのリジン上にある第一アミン基に、NHSを5末端に持つssDNAを反応させて、直接的にssDNAにより細胞表面を修飾させることに成功した。この方法は付着細胞・浮遊細胞の両方に適用できるだけでなく、プライマリー細胞、さらにはバクテリアにも適用可能であり、幅広い生体物質のトラッピングに利用できる。この成果は現在、Langmuir誌に投稿査読中であり、また米国特許も申請中である。この技術を用い、Jurkat細胞とT細胞をマイクロ加工によって作成したIrOxペーハーマイクロセンサ上にトラップし、細胞の代謝によるセンサ表面の微小領域のpH濃度の計測に成功した。JurkatとT-cellは見かけ上は全く同じ大きさと形状をしており、顕微鏡下の視認による判別は不可能である。この2種類の細胞を、上記のペーハーセンサ上にトラップし、代謝によるpH変化の差から2種類の細胞の分別を実現した。これは、本研究課題が目指す、生体物質の選択的認識の一つの実現方法であると思われる。この成果は現在、Lab on a chip誌に投稿査読中である。また、異種類の細胞のマイクロパターン上への同時トラッピングも実現した。基板上に複数種類のssDNAを活性を保った状態でパターンすることが技術的な鍵となるが、PMMAによるDNA保護層とAlリフトオフを組み合わせることで、それを実現した。Jurkat、FL-5.12、CHOの3種類の細胞を、任意のマイクロパターン上へのトラップを行い、またトラップした細胞同士でのシグナリング分子(IL-3)によるコミュニケーションが行われることを確認した。

第二年，我们的目标是建立一种将生物材料捕获到适当的微纳米图案上并从捕获的生物材料中获得生化反应的方法。继去年之后，从2008年4月到2009年1月，我在美国加州大学伯克利分校化学系Richard Mathies教授的实验室里，研究了细胞表面修饰和微结构捕获的方法。开发了一种方法。具体来说，他们通过使单链DNA与细胞表面膜蛋白赖氨酸上的伯胺基5末端的NHS反应，成功地用单链DNA直接修饰细胞表面。该方法不仅适用于贴壁细胞和漂浮细胞，还适用于原代细胞甚至细菌，可用于捕获多种生物物质。该结果目前正在提交给 Langmuir 杂志进行同行评审，美国专利也正在申请中。利用该技术，我们成功地将 Jurkat 细胞和 T 细胞捕获在微加工制造的 IrOx pH 微型传感器上，并测量了传感器表面微区域由于细胞代谢而产生的 pH 浓度。 Jurkat 和 T 细胞似乎具有完全相同的大小和形状，因此无法在显微镜下通过肉眼区分它们。这两类细胞被捕获在上述pH传感器上，根据新陈代谢引起的pH变化的差异来分离两类细胞。这似乎是实现生物材料选择性识别的一种方法，也是本研究项目的目的。该结果目前正在提交给《芯片实验室》杂志进行同行评审。此外，还实现了将不同类型的细胞同时捕获到微图案上。技术关键是在基材上形成多种类型的单链DNA，同时保持其活性，这是通过结合PMMA DNA保护层和铝剥离来实现的。我们将 Jurkat、FL-5.12 和 CHO 三种类型的细胞捕获到任意微图案上，并确认捕获的细胞使用信号分子 (IL-3) 相互通讯。

项目成果

Three-dimensional integration of heterogeneous silicon micro-structures by liftoff and stamping transfer

通过剥离和冲压转移实现异质硅微结构的三维集成

• 发表时间: 2007
• 期刊: Joumal of Micromechanics and Microengineering Vol.17
• 作者: Hiroaki Onoe;Eiji Iwase;Kiyoshi Matsumoto;Isao Shimoyama
• 通讯作者: Isao Shimoyama

微量の生物学的材料を取り扱うための器具及び方法

用于处理痕量生物材料的装置和方法

• 发表时间: 2008

Assembly of Single Adherent Cells on Mobile Microplates

在移动微板上组装单个贴壁细胞

• 发表时间: 2008
• 作者: Hiroaki Onbe;Shoji Takeuchi
• 通讯作者: Shoji Takeuchi

Microfabricated Mobile Microplates for Handling Single Adherent Cells

用于处理单个贴壁细胞的微加工移动微孔板

• 发表时间: 2008
• 期刊: Journal of Micromechanics and Microengineering vol. 18
• 作者: H. Once;and S. Takeuchi
• 通讯作者: and S. Takeuchi