Laser-assisted Thermal-expansion Microinjector LTM-1000 ネッパジーン株式会社の山内と、東京大学の東山です。よろしくお願いいたします。今回私どもが提案いたしますのは、「レーザー吸収剤の熱膨張圧を利用した、オルガネラ用キャピラリーインジェクターの実用化研究」です。 それではまずモデル化の内容と新規性からご説明致します。

Conventional Microinjector Inject by oil pressure or gas pressure If the capillary with less than 0.5 μm tip is used, the capillary itself will be moved forward due to the pressure. With complicated flow path しかし、従来法には次の問題点があります。まず加える圧力が1～2気圧が限界であるということです。この圧力を超えると、ガラス針をホルダーで保持しきれず、針自体が吹き矢のように動いてしまいます。この圧力の制限のために、ガラス針は、最も細いもので、先端外径1マイクロメートル程度が限界です。このため、従来法では、オルガネラ、微細な細胞、硬い細胞壁をもつ菌類や植物細胞へのインジェクションは不可能です。ショウジョウバエの卵や、ヒトの培養細胞など、ごく限られた細胞系で使われてきた技術と言えます。 Unable to use fine tips under 0.5 μm for injection Unable to inject into the cell having rigid cell wall such as plant cells Complicated flow path brings on a time-consuming preparation

LTM-1000 : Structure LTM-1000 Heart-induced expansion of liquid in a sealed capillary generates high pressure. こうした問題を解決する本モデル化の特許の内容について説明します。発明の名称は、「レーザ過熱による液体膨張圧を用いたマイクロインジェクション法」です。出願人は東京大学、発明者は東山です。簡単に説明しますと、ガラス針の後ろから細い管（くだ）を入れて、試料、レーザー吸収剤、光硬化性樹脂の順に充填し、最後に樹脂を固めて栓をします。そしてレーザー吸収剤にレーザー光を照射します。レーザーは、高いエネルギーを持ちながらガラス針に振動を一切生じさせず、ガラスを素通りし、レーザー吸収剤を効率よく過熱します。すると、熱膨張したレーザー吸収剤が、ガラス針内に極めて高いインジェクション圧を発生させるというしくみです。この圧力は液体の等温圧縮率κ（カッパ）分の熱膨張率αとして定義されます。たとえば一般的な有機溶媒の値で計算すると、ガラス針内の温度が全体でわずか1度上昇するだけで、10気圧もの高い圧力が生じることがわかります。 Feature Extremely-high pressure (approx. 1MPa per 1℃) makes it possible to use capillaries with the tip around 0.1-0.5μm without clogging. Simple flow path allows to start experiments right away saving a lot of labor.

Applications LTM-1000 Chloroplast Alexa 488 20µm Conventional Method LTM-1000 Alexa 546-dextran 10K Alexa 546-dextran 10K 50µm 20µm Injection of antibody into plant cells 50µm Lucifer Yellow Injection into the female gametophyte of plant *Whereas the damage and sample escape appear by the conventional method, LTM-1000 ensures no damage and continuous injections without sample escape by using a fine tip capillary. この他にも、この技術はさまざまな応用が可能です。硬い細胞壁をもつ植物細胞においても、核へプラスミドをインジェクションすることによる形質転換、チューブリン抗体のインジェクションによる細胞分裂阻害などの実験が可能です。またどのくらい小さい対象を扱えるかというと、直径5マイクロメートルの出芽酵母や、直径わずか２～３マイクロメートルの原始的な真核生物シアニディオシゾンにも、初めてインジェクションすることができました。以上のように、試作段階において、本装置の有効性を十分に示していると考えられます。 Chloroplast 5µm Injection into chloroplasts of Cyanidioschyzon merolae