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．

2021财年，我们致力于开发用于类器官测量的高分辨率传感器探针，这是我们研究项目的第一个目标，并使用所提出的探针进行类器官测量的演示实验。本研究中提出的石英晶体力传感器探头是一种传感器，其利用了当对振动器施加力时，谐振频率响应于该力而变化的特性。我们制作了一种悬臂梁形状的传感器，其中振动器夹在不同厚度的晶体晶片之间，并由于应力集中在振动器上的结构而设计了具有高分辨率的传感器。基于材料力学和有限元方法的模拟进行了详细设计，并采用微加工技术制造了传感器。所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。我们还进行了演示实验，使用制造的探针测量类器官硬度。在实验中，我们证实，当类器官变形时，随着变形量的增加，获得了更大的反作用力。根据实验结果，为了定量评估硬度，我们使用弹性球的大变形模型估算了杨氏模量。估算结果显示杨氏模量为几千帕，接近于先前研究中使用 AFM 进行的硬度测量。此外，在演示实验中，除了类器官之外，我们还使用由聚二甲基硅氧烷（PDMS）制成的珠子来模拟硬样品。即使对于PDMS珠，我们也成功地获得了接近PDMS的一般杨氏模量的值，并且所提出的测量系统可以测量从软到硬的物体，并且适合测量变化较大的类器官。基于上述结果，我们使用所提出的使用石英晶体探针的测量方法成功地评估了类器官硬度。

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