研究の目的
近年、バイオテクノロジーやナノテクノロジーの進展に伴い、生物学の研究・応用分野において、生体の細胞内の多様な情報をナノレベルで計測して分析できる技術が重要となってきている。本研究では、工学と生物学の二つの分野の研究チームが連携・協力して、生体に対して低侵襲でかつアクティブな刺激機能を持ったナノプローブを用い、信号の発生源に微小プローブを近づけることによって従来手法より微小な刺激応答信号を精度よく計測することを目的とした。生体組織への電圧印加、微少量の薬物注入、光励起などの刺激に対して、生体内の活動電位、イオン濃度、蛍光観察などの電気・化学・光学的な応答信号をサブミクロンの分解能と高い時間分解能で計測できる総合的な計測システム「ナノプロービングシステム」を開発することを目指した。
研究項目及び実施体制(◎は研究代表者)
- ナノプロービングシステムの研究
(◎下山 勲/東京大学大学院情報理工学系研究科) - ナノプローブによる生物機能計測
(神崎 亮平/東京大学大学院情報理工学系研究科)
研究の内容及び主要成果
- ナノリード、ナノインジェクション、ナノスコープの三つの要素からなるナノプロービングシステムの研究を行なった。これら三要素を統合したものとしてガラス管統合プローブを、またワンチップ化したものとしてMEMS 統合ナノプローブを開発した。
- ナノプロービングシステムにより、生体でのナノ領域からの高速Ca2+濃度計測と膜電位の同時記録法、局所領域への薬物のインジェクション法を確立し、昆虫等のin vivo 脳で検証した。本システムは、高い空間および時間分解能をもつイメージング法を含む多機能システムであり、既存の計測法では得られないナノ領域の生体活動に関する知見を得た。
見込まれる波及効果
本計測システムの低侵襲で高い空間および時間分解能計測により、今後、生物機能解析などの分野でより高度な新しい展開が期待できる。さらに畜産、食品、医療などの応用分野においても、例えば病理検査と薬剤の投与、家畜の生理・健康状態の把握、細胞レベルの内視鏡としての病理検査などへの貢献が期待できる。また、本研究で開発されるナノレベルの工学的微小技術は、ナノスケールの世界の基盤技術であることから、今後、情報通信や環境など様々な分野にも幅広く活用されることが期待できる。
主な発表論文
- Hoshino K., et al.: Electrowetting-based pico-liter liquid actuation in a glass-tube microinjector. Sens. Actuators A-Phys. 114 : 473-477 (2004)
- Nagasawa S. and Shimoyama I.: Calcium concentration measurement by local fluorescent-dye injection. Sens. Actuators B-Chem 102 : 7-13 (2004)
- Kanzaki R., et al. : Projections to higher olfactory centers from subdivisions of the antennal lobe macroglomerular complex of themale silkmoth. Chem. Senses. 28 : 113-130 (2003)
- Hill ES, et al.: Visualization of modulatory effects of serotonin in the silkmoth antennal lobe. J. Exp. Biol. 206 : 345-352 (2003)
- Seki Y., et al.: Pheromone processing center in the protocerebrum of Bombyx mori revealed by NO-induced anti-cGMP immunocytochemistry. J. Comp. Neurol. 481 : 340-351 (2004)
研究のイメージ
