化学的原理に基づくマイクロポンプ・バルブの研究

• Project/Area Number: 17040008
• 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, 大学院数理物質科学研究科, 教授 (20282337)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥7,600,000 (Direct Cost: ¥7,600,000); Fiscal Year 2006: ¥4,000,000 (Direct Cost: ¥4,000,000); Fiscal Year 2005: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000)
• Keywords: ポンプ / バルブ / エレクトロウェッティング / 気泡 / 微小化学分析システム / pHスタット

Research Abstract

17年度までの研究で、エレクトロウェッテイングや電極反応に伴って発生するガスバブルにより駆動するポンプ・バルブについて検討を進めてきたが、18年度はこれらをさらに高度なデバイスに発展させたり、より詳細な検討を行った。
エレクトロウエッティングに基づくパルプで送液を制御する場合、バルブ以外のところは親水性にして、毛細管現象で送液するのが効率的である。この点をより深く検討するため、ガラスとPDMSから構成される流路および金電極バルブ上での溶液の動きを調べた。そめ結果溶液め運動がWashburnの式でよく説明できるごとが確認され、この式に基づぐことにより、効率的に制御できるバルブを設計できることが示された。
バブル型ポンプの応用として、複数の溶液注入用ポンプを流路横に並べ、順次涼路に溶液を導入して複数の溶液プラグを作り、メインポンプで反応槽に送って順次反応させ、検出するマイクロシステムを作製・評価した。これにより抗原・抗体反応の検出が行えることを示した。
電気化学的3電極系を変則的に利用したマイクロpHスタットを作製し、評価した。これは一種のプロトンポンプとして機能する。反応槽内のpHを一定に維持できるだけでなく、洗れた電荷量を測定することにより、滴定を行うこともできる。これを用い、例えばpH2程度の条件下でも消化酵素の活性測定が行えることを示した。また、これを集積化して、チップ上でpH制御をした上でアミノ酸の電気化学発光検出を行うことのできるマイクロセステムも構築した。

Research Products

• [Journal Article] On-chip handling of solutions and electrochemiluminescence detection of amino acids (2007)
  • Author(s): H.Hosono, et al.
  • Journal Title: Sens.Actuators B 122(2) Pages: 542-548
• [Journal Article] Microfluidic device for sequential injection and flushing of solutions and its application to immuno sensing (2006)
  • Author(s): N.Nashida, et al.
  • Journal Title: IEEJ Trans.SM 126(5) Pages: 202-203
• [Journal Article] Micro analysis system for pH and protease activities with an integrated sample injection mechanism (2006)
  • Author(s): K.Morimoto, et al.
  • Journal Title: Biosens.Bioelectron. 22 Pages: 86-93
• [Journal Article] Microanalysis system for pO_2, pCO_2, and pH constructed with stacked modules (2005)
  • Author(s): S.Kojima et al.
  • Journal Title: IEEE Sensors Journal 5(5) Pages: 1120-1126
• [Journal Article] On-chip microfluidic transport and mixing using electrowetting and incorporation of sensing functions (2005)
  • Author(s): W.Satoh et al.
  • Journal Title: Anal.Chem. 77(21) Pages: 6857-6863
• [Journal Article] On-chip microfluidic transport and bio/chemical sensing based on electrochemical bubble formation
  • Author(s): W.Satoh, et al.
  • Journal Title: Sens.Actuators B (in press)
• [Journal Article] Microfluidic device for sequential injection and flushing of solutions and its application to immunosensing
  • Author(s): N.Nashida, et al.
  • Journal Title: Biosens.Bioelectron. (in press)
• [Journal Article] Micro analysis system based on electrochemiluminescence detection
  • Author(s): H.Hosono, et al.
  • Journal Title: Sensors and Materials (in press)
• [Journal Article] Micro analysis system for pH and protease activities with an integrated sample injection mechanism
  • Author(s): K.Morimoto, et al.
  • Journal Title: Biosensor and Bioelectronics (in press)
• [Journal Article] Microfluidic device for sequential injection and flushing of solutions and its application to immuno sensing
  • Author(s): N.Nashida et al.
  • Journal Title: IEEJ Trans.SM (in press)
• [Journal Article] Bio-chemical sensing using an integrated microfluidic transport system based on electrowetting
  • Author(s): H.Hosono et al.
  • Journal Title: IEEJ Trans.SM (in press)
• [Book] Encyclopedia of Sensors (2006)
  • Author(s): H.Suzuki, et al.
  • Publisher: American Scientific Publishers
• [Patent(Industrial Property Rights)] 特許 (2006)
  • Inventor(s): 鈴木 博章他
  • Industrial Property Rights Holder: 筑波大学
  • Industrial Property Number: 2006-063052
  • Filing Date: 2006-03-08