高性能マイクロ化学センサを集積化した高度μTASの構築

• Project/Area Number: 14040205
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 鈴木 博章 筑波大学, 物質工学系, 助教授 (20282337)
• Project Period (FY): 2002 – 2003
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2003)
• Budget Amount: ¥4,500,000 (Direct Cost: ¥4,500,000); Fiscal Year 2003: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000); Fiscal Year 2002: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
• Keywords: 微小化学分析システム / ヘルスケアチップ / 送液機構 / サンプリング機構 / ゲル / 電気化学センサ / モジュール構造 / マイクロポンプ / マイクロバルブ / 水素 / バルブ / PDMS / 微小流路 / Lab-on-a-Chip

Research Abstract

マイクロヘルスケアシステムを中心とした各種微小化学分析システム(μTAS)を作製した。高速応答を実現するために、微小流路中に形成されたエアギャップ構造を有するアンモニアガス電極を開発した。エアギャップを用いることにより、90%応答時間が30秒以内のものを実現した。またこれを応用することにより、アンモニア、クレアチニン、尿素同時測定用システムを作製した差動出力を取ることにより、各出力相互間のクロストークを低減することができた。この種のマイクロシステムでは、微小溶液の送液が問題となる。そこで、電気化学的に水素バブルを生成・消滅させることにより機能するシリンジ型マイクロポンプやバルブを考案し、同一チップ上に集積化した。ポンプ・バルブを順次動作させることにより、2種類の溶液を外部から取り込んで、混合用流路内で混合させることができた。また、さらに効率的な送液を目指し、電極-溶液間の界面張力を制御するタイプの微小送液システムを開発した。このシステムでは、複数の電極に順次電位を印加することにより、バルブを用いずに、取り込んだ溶液を自由な方向に移動させることができる。また、送液速度は流路が微小化されればされるほど増大するという特長を有する。2系統の流路間に第3の混合用電極を設けることにより、溶液の混合もできた。その他、温度・pH感応性ゲルを用いたサンプリング機構を搭載し、蚊を模倣したグルコースセンシングシステムや、センシングモジュール、参照電極モジュール、サンプリングモジュールを積層したオンライン型血液ガス分析システム等も作製し、その特性を評価した。

Research Products

• [Publications] K.kojima et al.: "Electrochemical Protein Chip with Arrayed Immunosensors with Antibodies Immobilized in a Plasma-Polymerized Film"Analytical Chemistry. 75. 1116-1122 (2003)
• [Publications] H.Suzuki et al.: "A Disposable Biosensor employing a Glucose-sensitive Biochemo-mechanical Gel"Biosensors and Bioelectronics. 18. 1289-1297 (2003)
• [Publications] H.Suzuki, R.Yoneyama: "Integrated Microfluidic System with Electrochemically Actuated on-Chip Pumps and Valves"Sensors and Actuators B. 96. 38-45 (2003)
• [Publications] H.Suzuki et al.: "A Disposable On-line System for Continuous Sampling and Monitoring of Glucose"Sensors and Actuators B. 97. 90-97 (2004)
• [Publications] H.Suzuki, Y.Matsugi: "Microfabricated flow system for Ammonia and Creatinine with an Air-Gap Structure"Sensors and Actuators B. (in press).
• [Publications] H.Suzuki et al.: "A New Type of Glucose Sensor Based on Enzymatic Conversion of Gel Volume into Liquid Column Length"Biomacromolecules. (in press).
• [Publications] H.Suzuki et al.: "A disposable "Intelligent Mosquito" with a Reversible Sampling Mechanism using the Volume-Phase Transition of a Gel"Sensors and Actuators B. 83. 53-59 (2002)
• [Publications] K.Kojima et al.: "Electrochemical protein chip with Arrayed Immunosensors with Antibodies Immobilized in a Plasma-Polymerized Film"Analytical Chemistry. (in perss).
• [Publications] H.Suzuki et al.: "A disposable biosensor employing a glucose-sensitive biochemo-mechanical gel"Biosensors and Bioelectronics. (in perss).