世界最高速 細胞 取 流体 プ
名古屋大学大学院工学研究 研究 長 新美 智秀 新井 史人 あ い ふ 教授 久間 臣耶 く や 助教 早川 健 や わ た 特 任助教 笠井 宥 い ゆう 博士課程学生 研究 超高速 流体 制御技術 用い 細胞 高速 高生存率
注1
取
注2
世界最高性能 細胞 取技 術 開発 成功 た
近 膨大 数 細胞 中 目的 細胞 高速 取 技術 ン 細胞 特性解析 貢献 細胞集団 中 優 た特性 持 細胞
発見 た 強力 注目 い 例え 血液中 循環腫瘍細胞
発見 解析 癌 早期診断 行う 多数 中 脂質 大 含 個 体 取 バ 燃料 品種改良 利用 医療や産業 応用 期待 い 従来 細胞 取装置 取速度 細胞 生存率
注3
存 大 細胞 高速 取 際 細胞 生存率 問題 た
本研究 流体 プ
注4
用い わ 16 1
100万 超高速 流体 替え 大 細胞 高速 高
生存率 取 成功 た 藻類細胞 動物細胞
胃 細胞 対象 た 取実験 成功率
注5
純度
注6
生存率 い
9 割以 世界最高 ベ 取性能 実現 従来 打破 細胞 取技術 開発 成功 た
本研究成果 成29 7月7日付 日本時間午後6時 英国 学雑 Lab on a Chip ン ン版 掲載 た
本研究 府総合 学技術 ベ ョン会議 主 革新的研究開発推進 プ ImPACT うち 合田圭 プ ャ 研究開発プ
ン 計画的創出 新価値創造 行わ た
ン
- コン- 層構造 持 高 剛 性 流 体 プ 用 い
16 1 100万
高速 流体制御 成功 た 本技術 応用 世界最高 ベ
細胞 取性能 高速 高純度 高生存率 実現 た
顕微鏡 用い た 流体中 細胞 ン
技術 適応 た 画像情報 用いた複雑 高速細胞 取 大 飛躍 期待
研究背景
近 単一細胞解析 要性 図1 示 う 単一細胞 取 研究 盛 行わ
い 単一細胞 取技術 細胞 特性解析 貢献 細胞集団 中
優 た特性 持 細胞 発見 た 強力 注目 い 例え
血液中 循環腫瘍細胞 発見 解析 癌 早期診断 行う 多数 中 脂 質 大 含 個体 取 大 養 行う 高効率 バ 燃料 生産 医療や 産業 応用 期待 い
従来 細胞 取 た Fluorescence-activated cell sorting FACS 装置 多く 研究 機 用い た 多く FACS 装置 高速 取 可能 いう特徴 あ 一方 取 際 細胞 含 液滴 空気中 打ち出 工程 あ た 空気感染 対策 必要 あ た 取 た細胞 生存率 細胞 大 条件 大 く依存 問題 あ
た
う 問題 対 近 液滴 形成 く装置 取 可能 技術
流体 プ 用いた細胞 取装置 ン プ 注目 集 い 現
方式 用いた ン プ 研究 行わ い 広い領域
流体 高速 制御 構築 困 あ た 大 100 程度
や 大 数 10 程度 白血球や循環腫瘍細胞 比較的大 細胞や希少 細胞 10 程度 高速 高生存率 取 困 あ いう問 題 あ た
そ 本研究 流体 プ中 超高速 流体 制御 細胞 高い生
存率 高速 取 ン プ 開発 行い た
研究 容
本研究 流体 プ 用いた大 細胞 高速 取 目指 - コン- 3層構造 持 高剛性 流体 プ 用い 高速 局所的 流体制御 可能
構築 た 本研究 提案 流体 プ 膜型構造 持 図2 示
う 外部 ュエ 用い 膜 込 ンプ 流体
ン 流路 出 細胞 流 替え 取 組 い た 膜
図1 細胞 取 概念図
型 ンプ ン 流路 設置 あ 2 ンプ 引 交互 行う 目
的 細胞 取 構造 い 構成 い 流路 断面積 対
膜 断面積 大 く 大容 流体制御 可能 膜型 ンプ 駆動
源 高速駆動 可能 エ ュエ 用い 広い領域
流体 高速 制御 実現 た
本研究 ン流路 流 微粒子 用い 可視化 流体制御 応答速度 応答領域 評 価 行い た 図 3(a) (b) 示 実験 結果 サンプ 流 最 変
時間 計測 最速 応答速度16 達成 た 31 kHz 取 処理速 度 相当 応答領域 実験 図3(c) (d) 示 う 回 開発 た プ い
取 必要 変 約30 超え 領域 幅 計測 150 程 大領域 応答領域 制御可能 あ 確 た
開発 た高速流体制御技術 用い ン プ 構築 細胞 取
行い た 大 藻類細胞 取 例 1 1 割合 混
合 た溶液 中 取 実験 行い た 取 様子 図
4(a) 示 取実験 結果 成功率92.8％ 純度95.8％ 生存率90.8％ い う高い性能 達成 た た 本研究 提案 細胞 取方式 細胞 対 適応 可能 た い細胞 例 胃 細胞 対象 た 取 実験 行い た 実験
胃 細胞 1 1 割合 混合 胃 細胞 取 実験 行い
た 図4(b) 取実験 結果 細胞 取実験 成功率97.8％ 純度98.9％ 生 存率90.7％ いう世界最高 ベ 取性能 実現 た
以 本研究 提案 た ン プ 従来 細胞 取装置 問題 あ た処
理速度 細胞 大 大 く打破 性能 達成 た
図2 超高速流体制御 用いた ン プ細胞 ン コン プ 図
後 展望
本研究 開発 た ン プ 従来技術 た比較的大 細胞
高速 高生存率 取 可能 細胞 特性解析 貢献
細胞集団 中 循環腫瘍細胞 希少 細胞や 優 た特性 持 細胞 発見
取 強く貢献 考え 技術 癌 早期診断 高効率バ 燃料
用いた新規エ 開発 応用 強く期待 た 顕微鏡 用いた流体中 細胞 ン 技術 適応 た 従来技術 た複雑 画像情報 用いた次世 代 高速細胞 取 開発 大 飛躍 期待
図3 提案手法 用いた流体制御 応答速度 応答領域 評価 (a) ンプ駆動時 流体評価 様子 (b)応答速度評価 (c) エ ュエ 入力電 立ち 時間 最大電 変化
た際 応答領域評価 様子 (d) 応答領域評価
図4 ン プ細胞 ン 実験結果 一例 (a) 取対象 赤色 青色
楕 非 取対象 黒色 (b) 取対象 胃 細胞 赤色
非 取対象 黒色 青色
論文名
On-chip cell sorting by high-speed local-flow control using dual membrane pumps
著者名 Shinya Sakuma, Yusuke Kasai, Takeshi Hayakawa, Fumihito Arai 掲載 Lab on a Chip
DOI 10.1039/C7LC00536A
研究
用語説明
合田圭 プ ャ コ ン
本成果 府革新的研究開発推進プ ImPACT ン 計画的創出 新価値創造 参画 新井
回開発 た世界最高速 細胞 取 流体 プ 大
細胞 細胞 高い生存率 高速 高精度 取 可
能 本 プ ン 用いた高速細胞 取
応用 本プ 最先端 異 技術 組 合わ 膨大 数 多種
多様 細胞集団 細胞一 一 網羅的 調 細胞 析装置 ン 開
発 本研究成果 ン 実現 そ 用いた超効率バ 燃
料や高精度血液検査技術 開発 向 た大 一歩 あ 考え い
本研究成果 以 プ 研究開発課題 研究 ンバ 得 た
府 革新的研究開発推進プ ImPACT URL:http://www.jst.go.jp/impact/
プ ャ 合田 圭
研究開発プ ン 計画的創出 新価値創造
研究開発課題 流体制御 盤 超高速 超精密単一細胞 取技術 開発 研究開発責任者 新井 史人 名古屋大学大学院工学研究 教授
ンバ 久間 臣耶 名古屋大学大学院工学研究 助教 早川 健 名古屋大学大学院工学研究 特任助教
現 中央大学精密機械工学 助教
笠井 宥 名古屋大学大学院工学研究 博士課程学生 研究期間 成 ７ 月～ 成 月
本研究開発課題 膨大 細胞集団 単一 目的細胞 発見 細胞検索エン ン
開発 取 組 い そ 中 新井 技
術 駆使 超高速 高精度 流体制御技術 用いた細胞 取技術 取 組 い
新井 史人 久間 臣耶 早川 健 笠井 宥
用語説明 注1 生存率
取 た細胞 うち 生 い 細胞 割合 注2 取
集団 中 対象 出
注3
一方 追求 際 方 犠牲 い いう
注4 流体 プ
微 溶液や生体試料 混合 反応 精製 検出 化学 生物操作 化 半 体製造技術 用い 作製 た バ
注5 成功率
検出 た目的細胞 うち 取 た細胞 割合 注6 純度
取 た粒子 細胞 うち 目的 粒子 割合
