光配列バーコードビーズの大規模作製法を開発 ―共通設計のビーズを毎時100万個超で作り、光配列コードを後から書き込む―

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2026-09-15 東京大学,科学技術振興機構

東京大学と科学技術振興機構(JST)の研究グループは、創薬や生命科学で多数の分子・細胞を個別に識別するための「光学バーコードビーズ」を大量かつ柔軟に作製する手法を開発した。髪の毛程度の約60µmのハイドロゲルビーズを、5本の帯構造を持つ共通設計としてフローリソグラフィーで毎時100万個超の速度で連続作製し、その後DNAの選択的結合性を利用して各帯に色と明るさのコードを書き込む。5帯それぞれ64色を組み合わせることで理論上10億通り超の設計が可能で、実験では35,155種類のバーコードを確認した。また、11日後にも73%のビーズを高い信頼度で再識別できた。ビーズ製造とコード付与を分離することで、必要なバーコードを後から選択的に作製できる点が特徴であり、多数の薬剤候補や生体分子を混合したまま追跡する高スループット創薬スクリーニングや生命科学研究への応用が期待される。

光配列バーコードビーズの大規模作製法を開発 ―共通設計のビーズを毎時100万個超で作り、光配列コードを後から書き込む―

本研究で開発したバーコード作製技術

<関連情報>

製造工程と符号化工程の分離:大規模なユーザー定義型光学バーコードライブラリのためのDNAアドレス指定可能なテンプレート微粒子 Decoupling Fabrication From Encoding: DNA-Addressable Template Microparticles for Large, User-Defined Optical Barcode Libraries

Akihiro Eguchi, Yuichiro Iwamoto, Hinata Tokuda, Haruka Narita, Adrian M. Martin, Sadao Ota

Advanced Science  Published: 14 September 2026

DOI:https://doi.org/10.1002/advs.77407

ABSTRACT

Optical barcodes for pooled high-throughput screening must support large libraries while remaining decodable in a single imaging step. Existing approaches often trade design control for manufacturability: deterministic barcodes often require per-code redesign of particle fabrication, whereas stochastic combinatorial barcodes are difficult to generate as predefined batches. Here we introduce a chemically programmable barcoding architecture that decouples particle fabrication from barcode assignment. Using a contact-free multilaminar flow lithography platform with all-around three-dimensional sheathing, we continuously fabricate a universal hydrogel scaffold containing five spatially segregated DNA-addressable domains at rates > 106 particles/h. Chosen barcode identities are subsequently written on demand onto the same template batch by domain-selective DNA hybridization. Single-domain measurements resolved 64 candidate optical states, indicating an experimentally informed theoretical upper bound of 645 ≈ 1.1 × 109 barcodes. We further implemented a predefined 59,049-code library by split-pool labeling, achieving an 83.6% recovery of decoded beads at a stringent posterior threshold (≥ 0.95). After 11 days, >7,800 beads were correctly re-identified at ≥ 0.95 accuracy in matched fields of view. This strategy provides a highly scalable, chemically programmable route to build large, user-defined optical barcode libraries with single-image optical readout and longitudinal traceability.

細胞遺伝子工学
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