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インテリジェント・バイオマイクロラボラトリ

研究報告コード R040000100
掲載日 2007年5月18日
研究者
  • 新井 史人
研究者所属機関
  • 名古屋大学大学院工学研究科
研究機関
  • 名古屋大学
報告名称 インテリジェント・バイオマイクロラボラトリ
報告概要 これまで知られている微生物の種はほんの一握りで、実在しているものはその数十倍あるいはそれ以上存在すると言われている。微生物は21世紀の有用生物資源として有望視されているが、一菌体の取り出しは極めて困難で、培養条件及び培養方法もよく分かっていない。従来の微生物研究では細胞集団の特性を大まかに捉えてその集団の特性を評価するのが主流である。しかし、個々の細胞に着目してみると、局所的には異なる環境におかれ、細胞の状態も均質ではない。細胞の特性を調査するためには個々の細胞に着目して実験を進めるための自由な空間構築が必要となる。そこで、これを実現するためのアプローチとして、オンチップで細胞集団から狙った細胞を分離し、選ばれた細胞の組み合わせや培養条件、反応条件を自由に設定し、オンチップでその場観察可能なシステム技術を開発することにした。オンチップ細胞分析、評価により、これまで未知であった細胞の特性(例えば、細胞の個体差,遺伝子の発現の様子、遺伝の仕組み、複合微生物系の仕組み、好培養条件の探索など)を解明することができると考えた。以上により、本研究では、人間と機械が相互作用することが可能なミクロな人工空間において、1細胞レベルでの各種相互作用を自由自在に行うことが可能なインテリジェント・バイオマイクロラボラトリを実現することを目的とした。マイクロ領域で自由かつ効率的にバイオ実験を進めるための知的空間を構築するための基盤技術として、主に微生物を対象として、マイクロチップ内にある複数サンプルの蛍光観察に基づく目標サンプルの分離及び、分離されたサンプルのオンチップ培養とその場反応評価を行うための基盤技術にフォーカスを当てた。蛍光観察に基づく目標サンプルの分離では、選別・分離をオンチップで高速かつ高純度で行うことが課題であった。これには光ピンセットによって操作されたマイクロツールによる分離手法と、温度変化によるゾルゲル相転移を利用した分離手法を提案した。分離された微生物のオンチップ培養とその場反応評価では、オンチップで培養環境を自由に設定し、その場観察が可能な新しい培養方法を提案した。また、光硬化性樹脂プレポリマーによる安定した固定方法や環境制御方法を提案した。
研究分野
  • 人間機械系
  • 制御工学一般
  • 情報工学基礎理論一般
  • 人工知能
関連発表論文 (1) Fumihito Arai, Akihiko Ichikawa, Toshio Fukuda, Koij Horio, and Kouichi Itoigawa, Separation of Target Microbe by Laser Manipulation and Flow Control, Journal of Robotics and Mechatronics. Vol.14. No.2, 2002, pp.133-139
(2) Fumihito Arai, Hisataka Maruyama, Toshihiro Sakami. Akihiko Ichikawa, Toshio Fukuda, Pinpoint Injection of Microtools for Minimally Invasive Micromanipulation of Microbe by Laser Trap, IEEE/ASME Trans. On Mechatronics, Vol.8, No.1, pp.3-9, 2003
(3) Fumihito Arai. Akihiko Ichikawa, Toshio Fukuda, and Tohoru Katsuragi, Isolation and extraction of target microbes using thermal sol-gel transformation, Analyst, 2003, 128, 547-551
(4) Fumihito Arai, Toshihiro Sakami, Akihiko Ichikawa, Toshio Fukuda, Microchip Design and Experiment for Separation of Microbe from Continuous Sample Liquid Flow Using Optical Tweezers, JSME International Journal, (Accepted)
(5) Akiko Kawaji. Fumihito Arai. Toshio Fukuda, 3D Attitude Control System for Bio-micromanipulation, 2001 International Symposium on Micromechatronics and Human Science (MHS2001), 2001
(6) Fumihito Arai, Akihiko Ichikawa, Toshio Fukuda, Koji Horio, and Kouichi Itoigawa, Flow Pattern Control by Flow Balancing in Microchannel for High Speed & High Purity Separation of Microbe in Microchip, Fifth International Conference on Miniaturized Chemical and Biochemical Analysis Systems, μTAS2001, 2001
(7) Fumihito Arai, Akihiko Ichikawa, Toshio Fukuda, Koji Horio, and Kouichi Itoigawa. Stagnation Point Control by Pressure Balancing In Microchannel for High Purity Separation of Microproject, 2001 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS2001), pp.1343-1348, 2001
(8) Fumihito Arai, Hisataka Maruyama, Toshihiro Sakami. Akihiko Ichikawa, Naoto Kouketsu, Lixin Dong, Toshio Fukuda, Pinpoint Injection of Micro Tools Using Dielectrophoresis and Hydrophobic Surface for Minimally Invasive Separation of Microbe, The 15th IEEE Robotics and Automation Society Conference on Micro Electro Mechanical Systems, MEMS2002, pp.48-51, 2001
(9) Fumihito Arai, Toshihiro Sakami, Hisataka Maruyama, Akihiko Ichikawa, Toshio Fukuda, Minimally Invasive Micromanipulation of Microbe by Laser Trapped Micro Tools, Proc. of the 2002 IEEE Int'l Conf. on Robotics and Automation (ICRA 2002), pp.1937-1942 (2002)
(10) Fumihito Arai. Akihiko Ichikawa, Toshihiro Sakami, Hisataka Maruyama and Toshio Fukuda, Isolation and Extraction of Target Microbes for Biomicrolaboratory, 2002 International Symposium on Micromechatronics and Human Science (MHS2002) pp,175-180, 2002
(11) Fumihito Arai, Akihiko Ichikawa, Toshio Fukuda, Toru Katsuragi, Fixation and Isolation of Microorganisms by Local Viscosity Control of Methyl Cellulose Solution. The Sixth International Symposium on Micro Total Analysis System, μTAS2002, pp.928-930, 2002
(12) Fumihito Arai, Hisataka Maruyama, Akihiko Ichikawa, Toshihiro Sakami and Toshio Fukuda, Pinpoint Injection and Dielectrophoretic Floating of Autonomously Aligned Microtools, The Sixth International Symposium on Micro Total Analysis System, μTAS2002, pp.548-550, 2002
(13) Fumihito Arai, Akihiko Ichikawa, Hisataka Maruyama, Toshihiro Sakami, Toshio Fukuda, High Throughput Separation of Microorganisms by Pinpoint Gelation Controlled by Local Heating for Parallel Incubation on a Chip, The 16th IEEE Robotics and Automation Society Conference on Micro Electro Mechanical Systems, MEMS2003, pp.219-222, 2003
(14) Fumihito Arai, Toshihiro Sakami, Toshio Fukuda, Synchronized Laser Micromanipulation by High-Speed Laser Scanning -Dancing Yeasts-, The 2003 IEEE International Conference on Robotics and Automation, ICRA2003, Video Proceedings. September 14-18, 2003 in Taipei, Taiwan (in press)
(15) Fumihito Arai, Hisataka Maruyama, Toshio Fukuda, Toru Katsuragi, Fixation of Microorganisms for Investigation of Their Properties on a Chip, The 7th International Conference on Miniaturized Chemical and BioChemical Analysis Systems, μTAS2003, October 5-9, 2003, Squaw Valley, California USA (in press)
(16) Fumihito Arai, Akihiko Ichikawa, Toshio Fukuda, Toru Katsuragi, Continuous Culture and Monitoring of Selected and Isolated Microorganisms on a Chip by Thermal Gelation, The 7th International Conference on Miniaturized Chemical and BioChemical Analysis Systems, μTAS2003, October 5-9, 2003, Squaw Valley, California USA (in press)
(17) Fumihito Arai, Hisataka Maruyama, Toshio Fukuda, and Tohoru Katsuragi, Investigation Method of Individual Properties of Microorganisms on a Chip, 2003 International Symposium on Micromechatronics and Human Science (MHS2003), 2003 (in press)
(18) Fumihito Arai, Toshihiro Sakami, Keiichi Yoshikawa, Hisataka Maruyama, Toshio Fukuda, Synchronized Laser Micromanipulation of Microtools for Assembly of Microbeads and Indirect Manipulation of Microbe, 2003 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, IROS2003, October 27-31, 2003 in Las Vegas, USA (in press)
(19) 新井史人,酒見敏弘,市川明彦,小川昌伸,福田敏男,ディスポーザブル型微小物分離セルの製作と基礎実験,日本機械学会ロボティクスメカトロニクス講演会2001, CD-ROM, 2P1-C6(1), 2P1-C6(2), 2001
(20) 新井史人,インテリジェント・バイオマイクロラボラトリ,第40回計測自動制御学会学術講演会 (SICE2001), pp.109A-1, 2001
(21) 新井史人,市川明彦,酒見敏弘,小川昌伸,福田敏男,マイクロ流体回路とレーザーマニピュレータを用いた微小物体の分離操作,日本機械学会20O1年度年次大会講演論文集 (IV), pp.197-198, 2001
(22) 新井史人,市川明彦,纐纈直人,酒見敏弘,丸山央峰,福田敏男,マイクロツールを用いた間接レーザーマニピュレーション,第19回日本ロボット学会学術講演会, pp.875-876, 2001
(23) 新井史人,市川明彦,福田敏男,堀尾浩司,糸魚川貢一,マイクロ流路内での分流点制御とレーザーマニピュレーションを利用した微生物の高速分離,第19回日本ロボット学会学術講演会,pp.873-874, 2001
(24) 新井史人,市川明彦,福田敏男,堀尾浩司,糸魚川貢一,流体制御とレーザトラップによる微生物分離システム,第5回化学とマイクロシステム研究会講演予稿集,p.38, 2002
(25) 新井史人,酒見敏弘,市川明彦,福田敏男,インテリジェント・バイオマイクロラボラトリ,電気学会全国大会シンポジウム,2002
(26) 新井史人,酒見敏弘,纐纈直人,丸山央峰,市川明彦,福田敏男,マイクロチップを用いた微生物並列培養システムに関する研究その1 (レーザトラップによるマイクロツールを用いた微生物操作), 日本機械学会ロボティクスメカトロニクス講演会2002, CDROM, 1A1-I01(1), 1A1-I01(2), 2002
(27) 新井史人,丸山央峰,酒見敏弘,市川明彦,福田敏男,マイクロチップを用いた微生物並列培養システムに関する研究その2 (大量マイクロツールの局所配列及び局所投入), 日本機械学会ロボティクスメカトロニクス講演会2002, CDROM, 1A1-I02(1), 1A1-I02(2), 2002
(28) 新井史人,市川明彦,福田敏男,堀尾浩司,糸魚川貢一,マイクロチップを用いた微生物並列培養システムに関する研究その3 (マイクロチャネル内の高精度流体制御とレーザマニピュレーションを用いた一菌体分離), 日本機械学会ロボティクスメカトロニクス講演会2002, CDROM,1A1-I03(1), 1A1-I03(2), 2002
(29) 新井史人,市川明彦,福田敏男,桂樹徹,メチルセルロースの局所ゲル化による微生物分離,第6回化学とマイクロ・ナノシステム研究会講演予稿集,p.64, 2002
(30) 新井史人,酒見敏弘,福田敏男,高速レーザスキャニングによるシンクロナイズドレーザマイクロマニピュレーション,第20回日本ロボット学会学術講演会,1K23, 2002
(31) 新井史人,市川明彦,福田敏男,桂樹徹,メチルセルロースの熱ゲル化を用いた微生物分離システムに関する研究,第20回日本ロボット学会学術講演会,1K24, 2002
(32) 新井史人,元尾幸平,Paul G. R. KWON, 福田敏男,市川明彦,微生物採取を目的とした高感度高剛性を特徴とする新型触覚センサ,第20回日本ロボット学会学術講演会,1K25, 2002
(33) 新井史人,酒見敏弘,丸山央峰,市川明彦,福田敏男,複数の微小物体の軌道・姿勢制御,第3回SICEシステムインテグレーション部門講演会 (SI2002), 2002
(34) 市川明彦,新井史人,福田敏男,桂樹徹,デスクトップ型バイオラボシステムに関する研究その1 (熱ゲル化物質の局所加熱による微生物分離), 日本機械学会ロボティクスメカトロニクス講演会2003, CDROM, 1A1-3F-B2(1), 1A1-3F-B2(2), 2003
(35) 新井史人,酒見敏弘,吉川慶一,福田敏男,デスクトップ型バイオラボシステムに関する研究その2 (高速レーザスキャンによるマイクロツールの操作), 日本機械学会ロボティクスメカトロニクス講演会2003, CDROM, 1P1-3F-B1(1), 1P1-3F-B1(2), 2003
(36) 新井史人,丸山央峰,前田憲利,福田敏男,デスクトップ型バイオラボシステムに関する研究その3 (オンチップ培養細胞のモニタリング), 日本機械学会ロボティクスメカトロニクス講演会2003, CDROM, 1P1-3F-A6(1), 1P1-3F-A6(2), 2003
(37) 新井史人,丸山央峰,福田敏男,桂樹 徹,細胞特性調査のためのオンチップ単一細胞実験システム,日本ロボット学会第21回学術講演会, 2003 (発表予定)
(38) 新井史人,元尾幸平,福田敏男,桂樹 徹,マイクロピペット操作のための高感度振動型マイクロ触覚センサ,日本ロボット学会第21回学術講演会,2003 (発表予定)
(39) 新井史人,酒見敏弘,吉川慶一,福田敏男,高速レーザスキャニングを用いた光ピンセットによる同期操作と力計測,日本ロボット学会第21回学術講演会,2003 (発表予定)
研究制度
  • さきがけタイプ 「相互作用と賢さ」領域
研究報告資料
  • 新井 史人. インテリジェント・バイオマイクロラボラトリ. 「さきがけタイプ」「相互作用と賢さ」 研究報告会講演要旨集(2000-2003),2003. p.87 - 100.

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