【研究領域課題番号】18K18991 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

MicroTAS / Organ-on-a-chip / マイクロ流路 / 灌流システム / メカノバイオロジー / マイクロ工学 / BioMEMS / 骨格筋線維 / 血管壁 / マイクロ流体デバイス / Organ on a chip

【研究成果の概要】

市販のコラーゲンビトリゲル膜付きカルチャーインサートを組み合わせ可能なマイクロ流路を実現し、ビトリゲル膜上で培養した細胞に培養液の流れを負荷することで、生体における血流にともなうメカニカルな刺激を再現することに成功した。この培養液の流れによる模擬血流刺激により筋線維や血管内皮細胞からなる共培養組織の形態が変化することを明らかにした。さらに、肝癌細胞と血管内皮細胞からなる共培養組織におけるアルブミン産生量ならびに模擬血流へのアルブミン移行量といった機能が変化すること見出し、提案のマイクロ流路システムが血管構造モデルとして有用であることを示した。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2018-06-29 - 2021-03-31

【配分額】6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)

【研究分野】マイクロ・ナノデバイス

【研究領域課題番号】19681015 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

マイクロ化学システム / マイクロカプセル / 細胞アレイ / MEMS / Lab on a Chip / micro TAS / Dynamic amicroarray / マイクロ流体デバイス / 細胞のカプセル化 / Cell encapsulation / 細胞ビーズ / ダイナミックマイクロアレイ / microTAS / 網羅的解析 / 3D AFFD / 3次元培養

【研究成果の概要】

本研究の目的は、我々がこれまでに発案したダイナミックマイクロアレイを利用して、細胞の網羅的な解析が可能なマイクロ流体システムを実現することである。
一万個レベルの細胞のアレイ化を実現するために、まずは、細胞サイズのビーズのアレイ化を検討した。さらに取り出しに細胞へのダメージを軽減させるためのデザインを検討した。これまでには、レーザの照射によりバブルを発生させていたが、熱に拠るダメージが危惧されてきた。そのため、バブル発生源をサンプルから遠ざける機構を検討した。
また、ここでは、我々が考案したプロセスを用いて、アルギン酸カルシウムゲルによるマイクロビーズを作成し、サイズ調整、細胞の分散化などの条件を導き出し、効率的なカプセル化を行なった。これによって、細胞を均一直径のゲルビーズで囲むことよって、細胞自身の直径のばらつきを軽減でき、効率的にアレイ化することに成功した。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】26,260千円 (直接経費: 20,200千円、間接経費: 6,060千円)

【研究分野】海洋工学

【研究領域課題番号】14205147 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

マイクロ流体デバイス / 現場分析装置 / 遺伝子解析 / 深海 / IISA-Gene / PCR / 微生物 / PDMS / 現場型装置 / マイクロデバイス / DNA精製 / 集積化 / 現場型遺伝子解析装置 / マイクロ加工技術 / micro TAS / PDMS(Polydimethylsiloxane) / Flow-through PCR / 極限環境 / マイクロ分析チップ / 現場型分析装置 / 小型分析装置 / 環境微生物 / 遺伝子抽出

【研究成果の概要】

本研究では,現場型微生物遺伝子解析装置に装置について,主にマイクロ加工技術を応用して研究開発を行った.その結果,深海などの極限環境の現場でも用いることが可能で,小型・軽量な装置,IISA-Gene(Integrated In-situ Analyzer-Gene)の開発に成功した.IISA-Geneを現場運用可能な装置として完成させるために以下の開発・評価を行った.
1)PDMS及びガラスを材料として主にPCR法を用いた遺伝子解析が可能なマイクロ流路チップ及び温度制御チップを設計・製作した.
2)PDMS表面にたいして界面活性剤等を用いた表面処理を行うことによって,酵素等の吸着を抑制し,反応の効率を向上できた.
3)環境中の微生物からDNAを精製する機構について,カオトロピック試薬との混合よる細胞破砕,及び流路中に充填されたガラスビーズによるDNAの精製法を採用し,IISA-Geneへの集積化を行った.
4)蛍光色素を用いたPCR産物の検出を行うために光ファイバ,光源及び光検出器機構の製作・評価を行い,PCR産物の検出が可能であることを確認した.
5)小型のポンプ及びバルブからなる送液系を構築し,マイクロチップと組み合わせることで現場運用が可能な集積化システムを構築した.
6)ヒータ・ポンプ・バルブ等の制御を行うための電源・制御系,それを収納する耐圧容器及びIISA-Gene本体の油漬容器について設計・製作を行った.
7)深海の極限環境を模擬するための「深海環境模擬装置」を構築した.実際にそれを用いて水深3000m相当の高圧力条件下で遺伝子解析が可能であることを確認した.
IISA-Geneを実際の海洋環境で稼働するために独立行政法人海洋研究開発機構の海洋調査船及び無人探査機を用いた調査航海を実施し,石垣島沖海底の熱水噴出地帯において現場運用によるデータを得ることができた.

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2002 - 2005

【配分額】54,210千円 (直接経費: 41,700千円、間接経費: 12,510千円)

【研究分野】複合集積システム

【研究領域課題番号】12838011 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ヘルスケアチップ / 血液検査 / マイクロTAS / マイクロ流体デバイス / 誘電泳動 / セルソーターチップ / 細胞電気泳動 / ディープガラスエッチング / ホウ珪酸ガラス加工 / 積層マイクロ流体チップ / ポリマーチップ / 射出成型 / 細胞電気泳動チップ / 陽極接合 / 血液分析 / 埋め込み微小電極 / インピーダンス分光 / ポリマー被覆 / 細胞分析 / ナノソーターチップ / マイクロキャピラリー電気泳動 / ディープエッチング / ガラスエッチング / Crドライエッチング / 細胞免疫電気泳動 / 誘電泳動力

【研究成果の概要】

ヘルスケアチップは、近年、マイクロTASやLab-on-a-chipと呼ばれる(バイオ)化学分析用集積化システムの一種であり、マイクロキャピラリー、マイクロオプティクス、バイオセンサーなどの分離・分析素子と電子デバイスを混在集積化させ、極微量の血液・尿など体液の分析からヒトの様々な生理学的浄報を迅速に収集することを可能にする。本研究では血液検査を数cm角のチップ上で行うシステムを実現することを最終目標とし、そのために必要な種々の要素技術の開発とそれらの集積化によるシステム構築のための基盤確立を図った。
バイオ分析用マイクロチップは光学的計測あるいは観察装置との組み合わせによりシステム全体が機能する場合が多く、基板材料にLSIやMEMSのようにSiを用いるよりも透明なガラスやプラスチックを採用することが多い。そこで最初はガラス基板を中心とした微細加工、アセンブリ技術等の開発から着手し、これらの技術を応用してマイクロ分析チップの試作・開発を進めていった。本科研費では、(1)石英エッチング技術のマイクロキャピラリー電気泳動チップ作製への応用、(2)高密度フッ素系プラズマによるホウ珪酸ガラスのディープエッチング、(3)ホウ珪酸ガラス製マイクロキャピラリー電気泳動チップの作製と動作特性の研究、(4)陽極接合を用いたマイクロ積層流体デバイスの作製法、(5)微小電極埋込みチップ上でのインピーダンス分光による生体試料検出を再現性良く行うためのチップ内の表面処理等、(6)微小電極埋込みチップ上でのインピーダンス分光による単一細胞の検出、(7)誘電泳動を利用した血球細胞のオンチップ分離・操作技術、(8)キャピラリー電気泳動チップ上の免疫細胞電気泳動、(9)反発性誘電泳動を利用したセルソーターチップの開発、(10)多結晶Siへの不純物導入によるマイクロ流体デバイスへの微細電極集積化技術、(11)自己整合電極形成プロセスによるナノソーティングチップ作製技術についての成果を挙げた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2000 - 2002

【配分額】3,600千円 (直接経費: 3,600千円)