水晶振動子センサプローブによる肝オルガノイドのハイスループットスクリーニング

使用石英晶体传感器探针对肝脏类器官进行高通量筛选

• 批准号: 22KJ0707
• 负责人: 渡邉 史朗
• 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: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0707/
• 关键词: 水晶振動式力センサ; オルガノイド; ヤング率推定; 大変形モデル; 硬さ計測

令和3年度は，研究課題の第一目標である，オルガノイド計測用高分解能力センサプローブの開発及び提案するプローブを用いたオルガノイド計測実証実験に取り組んだ．本研究で提案する水晶振動式力センサプローブは，振動子に力が印加された際に，その力に対し共振周波数が変化する特性を応用したセンサである．我々は，振動子を厚みの異なる水晶ウェハで挟み込んだ，カンチレバー形状のセンサを作製し，振動子部分に応力が集中する構造により，高い分解能を有するセンサを設計した．材料力学及び有限要素法を用いたシミュレーションに基づいて詳細な設計が行われ，微細加工を用いてセンサは作製された．作製されたセンサの分解能は2.7×10^2 nNとなり，設計通りに高い力分解能を達成した．また，作製したプローブを用いてオルガノイド硬さ計測の実証実験を実施した．実験では，オルガノイドに変形を与えた際に，変形量の増加に伴いより大きな反力が得られることを確認した．実験結果より，その硬さを定量的に評価するため，我々は弾性球の大変形モデルを用いたヤング率推定を行った．推定結果では，数キロパスカル程度のヤング率がえられており，この結果は従来研究にて行われたAFMでの硬さ計測と近しいものである．また，実証実験ではオルガノイド以外にポリジメチルシロキサン（PDMS）を用いたビーズを用いて硬いサンプルを模擬した実験を行った．PDMSビーズにおいても，PDMSの一般的なヤング率に近しい値を得ることに成功し，提案する計測系が，柔らかいものから硬いものまで計測が可能で，ばらつきの大きなオルガノイドの計測に適していることを確認した．以上の結果より，これまでの取り組みによって，提案する水晶振動子プローブを用いた計測手法でのオルガノイド硬さ評価を達成した．

在2021年，我们致力于开发高分辨率传感器探测器测量的高分辨率传感器探测器，这是我们研究主题的主要目标，并使用拟议的探针进行了示范实验。这项研究中提出的石英晶体力传感器探测器是一种传感器，该传感器使用了当将力施加到振动器上时的共振频率相对于力而变化的特征。我们制造了一个悬臂形的传感器，其中振荡器夹在不同厚度的晶体晶状体之间，并设计了一个具有高分辨率的传感器，这是由于结构将应力集中在振荡器部分中。根据模拟使用材料力学和有限元方法进行详细的设计，并使用精细加工制造传感器。制造的传感器的分辨率为2.7×10^2 nn，实现了设计的高力分辨率。此外，我们进行了一个示范实验，用于使用准备好的探针测量器官硬度。在实验中，我们确认将变形施加到器官时，随着变形量的增加，可以获得更大的反作用力。从实验结果中，我们使用弹性球的大变形模型估算了Young的模量，以定量评估其硬度。估计的结果表明，Young的模量约为几公斤，这类似于先前使用AFM的研究中执行的硬度测量值。此外，在演示实验中，我们进行了一个实验，在该实验中，除了类带有类器官外，还使用珠子使用珠子模拟了硬样品。我们还成功地获得了接近PDMS PDM的典型Young模量的值，并确认所提出的测量系统可以从软到硬度测量，并且适合测量具有较大变化的器官。基于上述结果，使用石英晶体探针使用拟议的测量方法，先前的努力实现了器官硬度评估。

项目成果

水晶振動式力センサプローブを用いたオルガノイドの硬さ計測

使用石英晶体力传感器探头测量类器官硬度

• 发表时间: 2021
• 作者: 渡邉史朗;杉浦広峻;新井史人
• 通讯作者: 新井史人