半導体センシング技術を用いたインスリン放出の非標識定量イメージング法の開発

利用半导体传感技术开发胰岛素释放的无标记定量成像方法

基本信息

批准号：
26460294
负责人：
櫻井孝司
金额：
$ 3.16万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-26460294/
关键词：
インスリン抗体光ファイバフォトマル

项目摘要

本研究では、膵β細胞からのインスリン放出を低侵襲・高時空間性能で計測する新規の定量イメージング手法を光半導体技術と分子生物学手法の融合で開発することを目的とした。26年度は、インスリンセンサのコア部を成す光化学イメージ素子の構築と計測原理確認、27年度は構築したセンサの時空間性能向上と性能検証を行った。イメージ素子は数万画素（画素ピッチ約3.3ミクロン）の素線から成る光ファイバ束を採用した。素材は合成石英またはプラスチックで比較した。素子の片側端面に、抗インスリン抗体または酵素標識抗体を設置した。抗原抗体反応の確認は、酵素反応依存的に発生する微弱光をファイバで導波させた後、フォトマルチプライヤで検出することで実施した。抗体配置側のイメージ素子端面を含む反応チャンバ内へインスリン含有液を添加した後で、光量をフォトン数として計測したところ、抗原量に依存した増大を確認できたことで、計測原理が確認できた。次に増大したフォトン数の１分間での平均値とインスリン濃度から相関性を解析した結果、フォトマルチプライヤのノイズレベル（50 cpm）に相当する最小検出限界は10(-9)M以下だった。この最少検出限界は、イメージ素子の素材と長さで変化した。光ファイバ長を1000 mmとした場合、最小検出限界（感度）は、合成石英製がプラスチック製より３倍以上良好で、直径0.6ミリ角の計測エリアで、毎秒３フレーム以上、連続1時間以上計測を実施できた。プラスチック製ファイバ長を500 mm以下まで短縮したところ、検出感度を改善できた。また、画素数（5万本）と計測エリア（1ミリ）が向上でき、ファイバ製・多画素・短ファイバ長とすることで、広視野・高感度化への見通しが立った。以上の結果より、細胞外へ放出されたインスリンを検出する光化学イメージ素子の構築、原理確認ならびに計測が実証できた。

本研究的目的是开发一种新的定量成像方法，通过结合光学半导体技术和分子生物学技术，以微创和高时空性能测量胰腺β细胞的胰岛素释放。 2016财年，我们构建了构成胰岛素传感器核心的光化学图像装置并确认了测量原理，2017财年，我们改进了所构建的传感器的时空性能并验证了其性能。图像元件使用由数万个像素组成的光纤束（像素间距约为3.3微米）。使用的材料是合成石英和塑料。将抗胰岛素抗体或酶标记抗体置于装置的一端表面上。通过将根据酶反应产生的微弱光引导通过光纤，然后用光电倍增管检测来确认抗原抗体反应。将含有胰岛素的溶液添加到包括抗体放置侧的图像元件端面的反应室中后，我们测量了作为光子数的光强度，发现增加取决于抗原量，证实了测量原理。接下来，分析1分钟内增加的光子数的平均值与胰岛素浓度之间的相关性，结果与光电倍增管的噪声水平(50cpm)对应的最小检测限为10(-9)M或较少的。。该最小检测限根据成像元件的材料和长度而变化。当光纤长度为1000毫米时，合成石英的最低检测限（灵敏度）比塑料高3倍以上，可在测量区域内连续测量1小时以上每秒3帧以上直径为0.6平方毫米。通过将塑料纤维的长度缩短至500毫米以下，提高了检测灵敏度。此外，像素数量（50,000像素）和测量面积（1毫米）都得到了提高，并且通过使用光纤，大量像素和较短的光纤长度，有更宽视场和更高灵敏度的前景。基于上述结果，我们能够构建、确认原理并演示测量细胞外释放的胰岛素的光化学成像装置。