ガラスニードルによる計測とは?

生体分子を捕まえたり,計測するためのツールのうち,レーザートラップを前のページで説明しました.

別の手法が,ガラスマイクロニードルを用いた手法です.

この手法は,かなり昔から行われています.

原理は簡単で,

ガラス棒を引き延ばしたものを釣り竿のようにして使う

ものです.

ガラスは熱するとかなり細くすることができ,一番先端の部分は1ミクロン以下にもなります.

このガラスニードルを使って,細胞や生体分子をいじったり,捕まえたりすることができます.

一番なじみのあるものは,人工授精の映像でしょうか?

卵子を太めのニードルで捕まえ,とがったニードルで卵子に突き刺す,こんな映像を見たことがある人は多いでしょう.

 

このようにして,ガラスニードルでミクロンオーダーの生物をいじることができるのですが,さらに,

力計測

にも使えるのです.

釣り竿をイメージしてもらえればいいと思いますが,

魚が釣り竿を引っ張り,釣り竿がしなる,そして元に戻ろうとする

そう,バネと同じ機能を果たすのです.

ガラス棒をうーんと細く引き延ばすと非常に柔らかいバネばかりになるので,魚を生体分子に置き換えれば,ガラスニードルで生体分子の力や変位を計ることができます.

その大きさは,ピコニュートン,ナノメートルのオーダーです.

なぜ,ピコニュートン,ナノメートルのオーダーのオーダーで計れるのか?は次のページで説明します.

 

では,説明した二つの計測方法,どのようなメリット,デメリットがあるのでしょう?

・操作性

これは,レーザートラップに軍配が上がります.

ガラスニードルを作るのは手先が器用でなくてはなりません.

残念ながら,市販では売っていません,自分で作ります.

大変なのは,たわみの弾性率,をきちんと見積もらなくてはならないのです.

さらに,時間分解能をあげるには,うーんと短いニードルを作る必要があります.

それに比べて,トラップ用のビーズは市販のもので十分.

サンプルに混ぜるだけ.

 

・光学系

ガラスニードルは特別なものはいりません.

明視野か位相差があれば十分です.

その点,レーザートラップにはトラップ用の専用のレーザーが必要となります.

トラップ以外の光学系,明視野や蛍光,などとかぶらないようにすることが必要となります.

 

・時間分解能

時間分解能は,プローブのサイズに依存します.

大きければ大きいほど,周囲の自ら受ける粘性抵抗が上昇し,時間分解能が落ちます.

単純な体積ではないので注意が必要ですが,その話は別の機会に.

ともかく,単純な時間分解能の比較では,レーザートラップが勝ります.

しかし,喜多村君の論文のように,単純ではないのがこの世界の難しさです.

 

・弾性率

これは,ニードルの勝利です.

単純に太くするだけですから.

レーザートラップにおいてトラップ力をあげるには,一番は

レーザー強度を上げる

のですが,それも限界があります.

 

・回転

これが一番のレーザートラップの弱点です.

ガラスニードル,レーザートラップ,ともに,三次元の位置を制御できます.

ガラスニードル : 三次元は均一

レーザートラップ : XYは均一,Zは異なる

というように理解できますが,

回転方向に関しては,原理的に,

ガラスニードル : 制御可能

レーザートラップ : 制御不可能

です.

もちろん,レーザートラップでも

回転力を与える

ということは可能ですが,

回転を止める,バネのように扱う

ということは現在のところ,非常に難しい課題です.

 

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