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。

这项研究旨在开发一种新型的定量成像方法，该方法通过结合光 - 轴导导器技术和分子生物学技术，从胰腺β细胞中测量胰岛素释放。在2014财年，我们构建了构成胰岛素传感器核心部分的光化学图像元素并确认了测量原理，而在2015财年，我们改善了构建传感器的时空性能并验证了性能。该图像元素使用光纤束，该光纤束由数万像素的链组成（像素螺距约3.3微米）。使用合成石英或塑料比较材料。将抗胰岛素抗体或酶标记的抗体放在设备的一端。通过用纤维引导以酶反应的方式进行抗原抗体反应，通过酶反应的方式进行了弱光，然后用光电培养体检测到它。将含胰岛素的液体添加到包含抗体位置侧面图像元素末端的反应室后，将光量测量为光子数量，并增加了确认抗原量的增加，从而确认了测量原理。接下来，我们分析了一分钟内的光子数量增加与胰岛素浓度之间的相关性，并发现对应于光电倍增管噪声水平（50 cpm）的最小检测极限低于10（-9）m。该最小检测极限随图像元素的材料和长度而变化。当光纤长度为1000 mm时，最小检测极限（灵敏度）是塑料，合成石英的三倍，并且在直径为0.6 mm的测量区域中，可以进行3帧的测量，每秒3帧。通过将塑料纤维的长度降低到小于500 mm，从而提高了检测灵敏度。此外，已经改善了像素（50,000个单位）和测量区域（1毫米）的数量，并通过使光纤制成，多像素和短纤维长度进行，可以广泛的视野和高灵敏度。从上述结果中，我们证明了对检测细胞外释放的胰岛素的光化学图像元素的构建，确认和测量。