単一細胞の超高精度・超高速連続操作のためのオンチップロボットの開発

开发用于超高精度、超高速连续操控单细胞的片上机器人

基本信息

批准号：
12J10106
负责人：
佐久間臣耶
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Osaka University (2013)Nagoya University (2012)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

微細加工技術の発展とともに, 単一細胞・微生物の特徴量計測はバイオテクノロジー分野で大変重要になってきている. 特に, 力学的特徴量計測のためには, 細胞を単一細胞レベルで大量に操作可能な技術開発が必要である. 我々は, ハイスループット処理が可能なマイクロ流体チップ内での細胞操作に対して, ロボット技術を統合し, 搬送流路系において単一細胞の機械的連続計測を目的としている. 25年度は, 細胞の機械的特徴量計測に関して, 細胞のサイズに応じてシステム構築およびその評価を行った. 直径が数マイクロメートルの細胞として赤血球を対象とし, その変形能に着目した機械的特徴量計測システムを構築した. システムを用いて, マイクロ流路内の赤血球を, 位置決め精度±0.24マイクロメートル, 駆動周波数20ヘルツと超精密・超高速に細胞を位置決めを達成した. さらに, 構築したシステムを用いて, 赤血球の体内循環時の毛細血管通過時の疲労特性評価を目的とした赤血球疲労評価を行い, その伸展能および回復能も用いることでこれを定量的に評価する方法を提案した. 直径が数十マイクロメートル, 数百マイクロメートルの細胞に関しては, 動物細胞およびウシ・マウス卵子をそれぞれ対象として, 前年度までに構築したロボット統合型マイクロ流体チップを用いた, 画像フィードバックを用いた連続機械的特徴量計測を行った. 流路内に投入した細胞をチップ外部に配置したシリンジポンプを用いて, チップ内の計測部へと搬送した後, チップに配置したプローブにより細胞を物理操作で変形させ, 高速度カメラにて細胞の変形量および細胞の反力を計測する. これらの情報を基に細胞の力学的特徴量を計測し, 20/個のスループットで自動連続計測に成功した. 本手法は, 細胞の力学的特徴量のデータベース化だけでなく, 細胞の品質評価, 発生評価に貢献し得る.

随着微加工技术的发展，单细胞和微生物的特征测量在生物技术领域变得极为重要。特别是，对于机械特征测量，有必要开发允许在单细胞水平操纵大量细胞的技术。我们已经集成了机器人技术，以整合可以处理高通量处理的微流体芯片中的细胞操作，并旨在连续测量传输通道系统中的单个细胞。在2013财年，我们构建了一个系统，并根据细胞的大小评估了其机械特征测量系统。我们针对红细胞作为细胞，直径为几微米，并建立了一个针对其可变形性的机械特征测量系统。使用该系统，我们以极其精确和超高的速度实现了红细胞在微通道中的定位，定位精度为±0.24微米，驱动频率为20赫兹。此外，使用我们构建的系统，我们在超精确和超快速的超快速超快速中实现了细胞的定位。我们提出了一种通过使用细胞的扩展和恢复能力来评估红细胞在体内循环过程中经过毛细血管时的疲劳特征的方法来定量评估该方法的方法。对于直径为几十微米和数百微米的细胞，使用图像反馈使用机器人集成的微流体芯片来测量连续的机械特征量，直到上一年。使用放置在芯片外的注射器泵将放入流道中的细胞转运到芯片内的测量区，然后使用放置在芯片上的探针将细胞物理变形，然后使用高速摄像头测量细胞的变形量和反应力。基于此信息，测量了细胞的机械特征量，并在20/吞吐量下实现自动连续测量。这种方法不仅可以使细胞的机械特征数据库，而且还可以有助于细胞质量评估和发育评估。