E =50 V/mm
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Table.4.1.1 Survival rate in several electric field condition
Hz
V/mm
63 4.2 細胞選別操作評価
本実験では本研究が提案する細胞操作技術における誘電泳動(Dielctrophoresis) を用いた選択的細胞選別の使用条件と有用性について検討した．
4.2.1 生死細胞選別印可周波数の算出
誘電泳動を使用するにあたって，使用する最適な電場条件を把握することが必 要である為，誘電泳動の理論式(式2.1及び式2.2)より死細胞と生細胞を選別可能 となる条件の概算を行った．なお，以降に使用する電場条件は前項4.1により明 らかにした安全域電場条件を使用している．
Table 4.2.1に理論式の概算に用いた物性値を示す．正確な値が明らかとなって
いない細胞の導電率及び誘電率は細胞解析を行っている文献を参考に用いた(33)． 2.1章で述べたようにクラウジウスモソッティ関係式 Re(K)の実数値の符号と大 きさが誘電泳動の力を決定する為，Figure4.2.1にクラウジウスモソッティ関係式
Re(K)と印可周波数fの関係を示す．生細胞のRe(K)において，f =1k~5MHz間で
はRe(K)=1を示し，f =5M~10MHz間で負の値へと変化している．一方で死細胞
のRe(K)においては，f =1k~1MHz間ではRe(K)=1を示し，f =1M~7Hz間で負の 値へと変化している．生細胞と死細胞のRe(K)を比較すると， Re(K)が異なるの
はf =1~5MHz間であり，適当な印可周波数を設定することで生細胞を捕捉可能
であることが分かる． f =1~5MHz間の印可周波数とRe(K)の関係を正確に把握 するためにf =1~5MHz間の拡大図をFig.4.4.2に示す．死細胞における正負の遷
移点はf =3MHz付近に存在し，この前後の印可周波数により振る舞いが異なる．
f =1~3MHz間の周波数領域では，生細胞に対しては強い正の誘電泳動力が生じ，
死細胞に対しても微弱ではあるが正の誘電泳動力が生じている．よって，f
=1~3MHzでは完全に生細胞だけを捕捉することは難しいが，死細胞に働く正の
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誘電泳動力は生細胞に働くものに比べ微弱な力となるため，充分な精度で正細 胞を選択的捕捉できると考えられる．一方でf =3~5MHz間の周波数領域では，
死細胞に負の誘電泳動力が生じるため，完全に生細胞のみを捕捉することが可 能となる．
本細胞操作系においては，印可周波数f =1~5MHzを使用することで，生細胞に は電場強度が高い先鋭電極先端部へ引き寄せられる力が働き，最終的には電極 先端部へ終着すると判断できる．一方で死細胞には電場強度の低い平板側へ引 き寄せられる力が働くが，先鋭電極先端部から離れるほど電場勾配が小さくな り誘電泳動力は減少していく為，最終的には誘電泳動力が細胞を動かすだけの 粘性力を上回れなくなり，平板電極までたどり着く前に動かなくなると判断で きる．
以上の結果より，本細胞操作技術において使用する電場条件で生細胞と死細胞 の細胞選別が理論上可能であることが示された．
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Table.4.2.1 Values of the cells parameters for calculating Re [K*(ω)]
Living cells Permittivity 𝜀𝜀𝐿𝐿 180 [-]
Dead cells Permittivity 𝜀𝜀𝐷𝐷 10 [-]
Living cells conductivity 𝜎𝜎𝐿𝐿 0.3 [mS/m]
Dead cells conductivity 𝜎𝜎𝐷𝐷 0.0045 [mS/m]
Figure 4.2.1 Clausius–Mossotti relation of living cells and dead cells