JP5911279B2 - 感知方法 - Google Patents
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Description
圧電片の固有振動数の変化に基づいて細胞を感知するための方法であって、
圧電材料からなる圧電片及びこの圧電片の内部領域を介して対向するように形成された一対の励振電極を含む第1の振動領域と、前記細胞を吸着するために前記励振電極の少なくとも一方の表面に形成され、正に帯電した吸着層と、前記第1の振動領域を発振させるための第1の発振回路と、を用い、
細胞の周期を揃える工程と、
前記工程で周期を揃えた細胞を前記吸着層に吸着させる工程と、
前記吸着層に吸着された細胞に対して、当該細胞を増加または減少させる薬液を供給する工程と、
少なくとも前記薬液を供給した後、第1の発振回路の発振周波数である周波数情報を取得する工程と、を備えたことを特徴とする。
また前記第1の振動領域に対して参照用として設けられ、圧電材料からなる圧電片及びこの圧電片の内部領域を介して対向するように形成された一対の励振電極を含む第2の振動領域と、前記第2の振動領域を発振させるための第2の発振回路と、を用い、
前記周波数情報は、第1の発振回路の発振周波数であることに代えて、前記第1の発振回路及び第2の発振回路の各々の発振周波数の差分であってもよい。
本発明の感知センサを備えた感知装置の第1の実施の形態の一例について、図1〜図8を参照して説明する。この感知装置は、図1に示すように、センサユニット2と、このセンサユニット2に薬液などの水溶液を供給する液供給系1と、センサユニット2に取り付けられた感知センサである水晶センサ7を駆動し、また得られた発振出力を処理する周波数測定部10を含むネットワークアナライザ(制御部)15と、を備えている。センサユニット2及び液供給系1は、例えば培地のpH及び湿度の維持のために、二酸化炭素(CO2)雰囲気に保たれた恒温槽(インキュベーター)70内に設置されている。図1中71は液供給系1からセンサユニット2に向かって伸びる供給路72に介設された例えば三方弁などにより構成されたバルブであり、73は排液部である。また、図1において74は、π回路が内部に設けられた冶具であり、水晶センサ7の発振周波数は、この冶具74内のπ回路を介して周波数測定部10にて測定される。尚、図1では感知装置を簡略化して示している。
続いて、本発明の第2の実施の形態について、本発明のセンサユニット2を用いてHeLa細胞の周期の同定を行った例を説明する。既述のように、細胞は分裂(G2/M期)、タンパク質の合成(G1期)及びDNAの合成(S期)からなる細胞周期を繰り返している。そこで、センサユニット2を用いて、この細胞周期の同定を行った。先ず、吸着層46に吸着させるHeLa細胞の細胞周期がまちまちだと、細胞周期を特定できない。そのため、既述の第1の実施の形態と同様に水晶振動子4に吸着層46を付着させると共に、この吸着層46に滴下するHeLa細胞について、以下の処理を行うことにより、予め細胞周期を同調させた。
具体的には、ダブルチミジンブロック法により、S期の初期のHeLa細胞については細胞活動を休止させ、一方S期以外の周期の活動を行っているHeLa細胞については、そのまま細胞活動を続けさせると共に、S期の初期に到達すると活動が休止するように調整した。そして、別途実験を行うことにより、HeLa細胞がS期に同調したことを確認した。即ち、このダブルチミジンブロック法を行った後、吸着層46にこのHeLa細胞を滴下すると共に、BrdU(5−bromo−2’−deoxy−uridine)と呼ばれる試薬を培地に添加した。続いて、2時間後に洗浄及び細胞周期の固定を行った後、抗BrdU抗体を用いた免疫染色を行ったところ、約80%のHeLa細胞にBrdUが取り込まれて(約80%のHeLa細胞がBrdUを取り込む活動を行う周期に到達して)おり、従ってHeLa細胞の大部分がS期に同調していることが分かった。
そして、既述のダブルチミジンブロック法を行ったHeLa細胞を吸着層46に滴下して吸着させ、センサユニット2を組み立てて、各領域4A、4Bの発振とこれら領域4A、4Bの発振周波数の測定とを開始すると共に、液供給系1から第2の水溶液(培地)を液体供給領域53に供給して、前記HeLa細胞を培養し、取得された発振周波数を表示部17に表示する。図11は、この時得られた第1の振動領域4Aにおける発振周波数(差分を取る前の発振周波数)を示しており、また図12はこの発振周波数に基づいて算出された共振抵抗値を示している。このように、発振周波数の表示部17には、例えば発振周波数のデータを連続して取得し、グラフ化したものが表示される。この際、第1の振動領域4Aにおける発振周波数と第2の振動領域4Bにおける発振周波数とを別個に表示してもよいし、これら第1の振動領域4A及び第2の振動領域4Bにおける発振周波数の差分を取得し、この差分の発振周波数を表示してもよい。また、発振周波数の代わりに共振抵抗値のデータを表示するようにしてもよいし、発振周波数と共振抵抗値との両方のデータを表示するようにしてもよい。
続いて、既述の検量線を求めるために行った実験について説明する。吸着層46に5000個のS期に同調させたHeLa細胞を吸着させ、培地を水晶センサ7に供給して48時間に亘ってHeLa細胞の培養を行った。そして、培養前後における共振抵抗値及び発振周波数の夫々の差を求めると共に、培養後のHeLa細胞の個数を顕微鏡写真から直接計数した。この結果を以下の表に示す。
続いて、本発明の第3の実施の形態について、本発明のセンサユニット2を用いてHeLa細胞の減少を感知した例を説明する。第3の実施の形態における装置については、既述の第1、第2の実施の形態と同じ構成であるため説明を省略するが、薬液としては既述の第1の水溶液(アドリアマイシン、図17参照)を用いる。
Vo/Vi=Zl/(Zo+Zx+Z1) 図19に水晶振動子の共振特性を示す。fsは共振周波数、L[dB]は伝送量(減衰量)である。周波数f=fsの時には、Zx=R1(共振抵抗値)であり、次式が成り立つ。
L[dB]=20Log(Zl/(Zo+Zl+R1))+Vo/Vi これにより、 R1=Zl/{10^(L−Vo/Vi)/20}−(Zo+Zl) こうして、共振抵抗値R1は発振周波数に基づいて取得される。例えば20秒に一回周波数を掃引し、データ(発振周波数及び共振抵抗値(CI))を取得している。
2 センサユニット
4 水晶振動子
4A 振動領域
4B 振動領域
6A 発振回路
7 水晶センサ
10 周波数測定部
42 共通電極
42 励振電極
46 吸着層
46a 結合手
46b アミノ基
Claims (6)
- 圧電片の固有振動数の変化に基づいて細胞を感知するための方法であって、
圧電材料からなる圧電片及びこの圧電片の内部領域を介して対向するように形成された一対の励振電極を含む第1の振動領域と、前記細胞を吸着するために前記励振電極の少なくとも一方の表面に形成され、正に帯電した吸着層と、前記第1の振動領域を発振させるための第1の発振回路と、を用い、
細胞の周期を揃える工程と、
前記工程で周期を揃えた細胞を前記吸着層に吸着させる工程と、
前記吸着層に吸着された細胞に対して、当該細胞を増加または減少させる薬液を供給する工程と、
少なくとも前記薬液を供給した後、第1の発振回路の発振周波数である周波数情報を取得する工程と、を備えたことを特徴とする感知方法。 - 前記吸着層には、周期を揃えた所定の数の細胞を吸着させることを特徴とする請求項1記載の感知方法。
- 取得された前記周波数情報及びこの周波数情報に基づいて取得された共振抵抗値の少なくとも一方を表示する工程を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の感知方法。
- 予め求めた細胞数と周波数情報である信号の変化量との対応関係に基づいて、細胞数を演算する工程を含むことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一つに記載の感知方法。
- 前記吸着層は、正に帯電したアミノ基を含むことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一つに記載の感知方法。
- 前記第1の振動領域に対して参照用として設けられ、圧電材料からなる圧電片及びこの圧電片の内部領域を介して対向するように形成された一対の励振電極を含む第2の振動領域と、前記第2の振動領域を発振させるための第2の発振回路と、を用い、
前記周波数情報は、第1の発振回路の発振周波数であることに代えて、前記第1の発振回路及び第2の発振回路の各々の発振周波数の差分であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一つに記載の感知方法。
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