細胞活性のモニタリングを目的とする計測技術の開発
誘電率を用いた酵母及び動物細胞の細胞数測定法の確立
廣藤祐史＊１
１行あける
Development of the Measurement Method Aiming at the Monitoring of Cell Activity
Establishment of the Cell Number Measuring Method about Yeasts and Mammals using Dielectricity Yushi Hirofuji
従来行われてきた濁度法や計数法による測定と異なり，生存している細胞数のみをカウントすることを期待でき る誘電率による細胞数測定を検討した。酵母を対象とした比誘電率測定による細胞数計測を試みたところ，電極法 による細胞数測定は困難であることが判明した。電極法で細胞数を測定する場合には，細胞をグルコース等張液に 懸濁することが有効であると考えられる。
1 はじめに
特に清酒の醸造工程管理は経験者の勘に強く依存し ており，造り中の酵母の状態管理は明確な指標の元に 行われてはいない。誘電率による細胞数測定は，従来 行われてきた濁度法や計数法による測定と異なり，生 存している細胞数のみがカウントされる。培養状態の 変遷に伴う細胞の生死を的確かつ迅速に把握できる方 法は他になく，培養状態の管理手法として非常に有望 かつ効果的であると考え，測定方法の評価を行った。
2 研究，実験方法 2−1 測定装置
誘 電 率 測 定 に は ア ジ レ ン ト テ ク ノ ロ ジ ー 社 製 型 メータを使用した。当初は測定
Agilent 4285A LCR
対象は液体測定用電極
Agilent 16452A
による検討を行 ったが，培地組成の影響を除くことが困難であったた め，四電極法に基づく測定電極を自作した。2−2 培地と使用菌株
測定対象としては，
YM
培地で30
℃，一夜振とう 培養した協会７号酵母を使用した。2−3 イオン交換水およびYM培地の比誘電率の測定 培地組成の影響を評価するために，測定を実施する のに先立ち，イオン交換水及び
YM
培地について，比誘電率の測定を行った。測定引加電圧は
0.5V
，測 定周波数範囲は75kHz
〜1MHz
とした。2−4 酵母を対象とした比誘電率の測定
測定条件は水および培地の測定と同様にして，酵母 懸濁液の比誘電率測定を行った。
2−5 YM培地構成成分毎の比誘電率の測定
YM
培地を構成する成分であるYeast Extract
，Malt
， ， に つい て，成分ごとの比誘
Extract Peptone Glucose
電率測定を行った。
2−6 動物細胞用培地の比誘電率の測定
動物細胞用培地である
F12
＋FBS
培地を対象とし て比誘電率測定を行った。3 結果と考察 3−1 測定電極
今回使用した４電極法に基づく測定電極を写真１に 示した。
写真１ 測定電極
電極材質は
SUS304
であり，ポリエチレンテレフタ レートをスペーサとして使用して直径38mm
の電極４ 枚を1mm
の間隙で平行に配置した構造とした。3−2 ４電極法による測定結果
４電極法によって測定した電極間容量を図１に示し た。
＊１ 生物食品研究所食品課
図１ ４電極法による電極間容量
４電極法による測定を行っても，培地成分が共存す る場合には低周波数域で高い比誘電率が観測され，液 体測定用電極
Agilent 16452A
による測定結果（図２）と同様な誘電挙動を示した。電極法により細胞膜の誘 電率のみを測定することは困難であることが明らかと なった。
図２ 液体測定用電極による酵母懸濁液の比誘電率
3−3 誘電挙動に影響する培地組成の検討
誘電挙動に影響を与える培地成分を明らかにするた
YM Yeast Extract Malt
めに， 培地を構成する４成分， ，
， ， に つい て，成分ごとの比誘
Extract Peptone Glucose
電率測定を行った。各成分の濃度は
YM
培地と同様 に，それぞれ3g/L
，3g/L
，5g/L
，10g/L
とした。測定 結果っを図３に示した。図３ 誘電挙動を示す培地成分
0 50 100 150 200 250 300 350 400
0 500 1000 1500
測定周波数／kHz
比誘電率／−
YM培地
培養原液
×10希釈液 0
2000 4000 6000 8000 10000 12000
0 500 1000 1500 2000
測定周波数／kHz
電極間容量／pF
Blanc
Pure Water
YM Medium
YM Medium(with Yeast)
-4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000
0 500 1000 1500 2000
測定周波数／kHz
電極間容量／pF
Yeast Extract
Malt Extract Peptone Glucose
と が強く影響していることが
Yeast Extract Peptone
明らかとなった。
Malt Extract
とGlucose
は誘電挙動を 示さなかった。3−3 動物細胞用培地の誘電挙動の検討
動物細胞用培地である
F12
＋FBS
培地の誘電挙動 を検討した結果を図４に示した。図４ 動物細胞用培地の誘電挙動
動物細胞用培地の誘電挙動は
YM
培地と同様であ り，電極法により細胞誘電率を測定することは困難で あることが明らかとなった。細胞誘電率を電極法によ， ，
って測定する場合には 図３の結果に明らかなように 等張液に細胞を懸濁し，オフライン計測を行
Glucose
うことが有効であると考えられる。
4 まとめ
４電極法による細胞誘電率の測定を試みたが，４電 極法によっても，培地組成の影響を除くことは困難で あった。
YM
培地の場合，最も影響を与える成分は酵 母エキス，次いでペプトンであった。ブドウ糖と麦芽 エキスの存在は殆ど影響を与えなかった。動物細胞用 培地として，F12+FBS
培地の誘電特性を評価したが，培地と同様の傾向を示し，細胞誘電率のみを評価
YM
することは困難であった。電極法で細胞誘電率を評価 する場合には，グルコース等張液などに細胞を懸濁せ ざるをえず，オンライン計測は困難であることが明ら かとなった。
5 参考文献
1
) 第４版実験化学講座９「電気・磁気」, pp.215-243,
丸善 (1991
)) 花井哲也 不均質構造と誘電率〜物質を壊さずに
2 , "
内部構造を探る
",
吉岡書店 (2000
)0
50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 400000
0 500 1000 1500 2000
測定周波数／kHz
電極間容量／pF
