卵子品質評価のための機械的特徴量の超詳細計測

用于鸡蛋质量评估的机械特征的超详细测量

基本信息

批准号：
16J11495
负责人：
中原康
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J11495/
关键词：
マイクロ流体チップ流体制御細胞スフェロイドオンチップロボット細胞特性計測機械的特徴量タイムラプスソーティングマイクロフルイディクス MEMS MicroTAS 機械的特徴量計測タイムラプス計測卵子微細加工

项目摘要

前年度までの成果により，細胞の品質評価には個々の細胞を高速に計測する，つまり細胞のハイスループットな計測が重要であるという知見が得られた．そこでマイクロ流体チップを用いた高速かつ連続処理が可能な機械的特徴量計測，加えて計測後の評価のためのソーティング機能の統合に関する研究として，細胞の機械的特徴量に基づくソーティングシステムを提案し，本年度はシステムのスループットの改善を行った．本研究で用いるチップは細胞の反力計測のための板バネ構造体の力センサプローブを有している．このプローブは非常に小さなばね定数を有しており，チップ内に印加する流体によりそれが動くという特徴がある．この動きがチップ内での細胞搬送時に，システムの予期しないタイミングで細胞を挟んでしまい，システムに重大なエラーを引き起こすという問題があった．この問題の解決のため，チップ内に印加される流体の流量と，プローブの変位量の関係を立式した．実際に流量計により印加流量を計測し，顕微鏡画像よりその際のプローブの変位量を計測した実験により，妥当性を示した．またこの立式により，チップ内での細胞の搬送制御に対してプローブを有する計測部の両側からポンプを接続し，2 入力系として制御を行うことが有効であるという知見を得た．この知見から自動システムを構築し，ポリスチレンビーズの位置制御実験を行った．位置制御は画像情報に基づいたフィードバック制御により行われ，ビーズの位置の認識後から0.8 秒後に目標値との偏差を50 um以下で1 秒程度静定させることに成功した．また間葉系幹細胞からなるスフェロイドを対象として，26個の機械的特徴量の連続計測に成功し，スループットは3.14 個/分を達成した．機械的特徴量としてはゴム弾性理論を用いることでそのヤング率を計算し，平均と標準偏差はそれぞれ4.8 kPa, 2.2 kPaと得られた．

根据直到上一年的结果，重要的是要高速测量单个细胞以进行细胞质量评估，即细胞的高度封闭。因此，作为一种使用微流体芯片进行高速和连续处理的机械特征，作为对测量后评估的排序函数的整合的研究，提出了基于细胞的机械特征的分类系统一年，系统吞吐量得到了改善。这项研究中使用的芯片具有用于细胞反作用力测量的板弹簧结构的功率感觉。该探针具有很小的框架常数，并且具有由于施加到芯片上的流体而移动的特征。在芯片中的细胞运输时，存在一个问题，其中细胞夹在系统的意外时机上，导致系统中的严重错误。为了解决这个问题，制定了流体和探针的流体流量之间的关系。通过流量计测量实验，并从显微镜图像测量探针，当时测量探针位移。此外，该公式获得了一个知识，即将泵从测量单元的两侧连接到探针以控制芯片中的细胞运输并将其作为两个输入系统控制的泵有效。据此，构建了一个自动系统，并进行了聚苯乙烯珠的位置控制实验。位置控制是通过基于图像信息的反馈控制执行的，并在识别珠位置后的0.8秒后成功地将偏离目标值窃取了50 um。此外，成功测量了由熔融干细胞组成的尖头的26个机械特征的连续测量，吞吐量为3.14片/分钟。至于机械特征，使用橡胶弹性理论计算了幼比，平均偏差和标准偏差分别为4.8 kPa，2.2 kPa。