Development of a highly integrated circuit using DNA and a demonstration test of the parallel computation using a complementary DNA as an operator

• Project/Area Number: 17K06395
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Electron device/Electronic equipment
• Research Institution: The University of Kitakyushu
• Principal Investigator: ISODA TAKAAKI 北九州市立大学, 国際環境工学部, 教授 (70284544)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: DNAコンピュータ / 集積回路 / デバイス / DNA / 並列計算 / MEMS / 素子 / 集積

Outline of Final Research Achievements

We will be aimed at achieving a creation of hybrid device between organic materials and an electric circuit. The principle of operation is an electrical detection for interaction between integrated DNA1 on an electrode surface and a complementary DNA2. This study used antibody as a biological macromolecule model for DNA1 and we resolved a　poorly-reproducible method for integration of biomolecules on a on the substrate.　 Further, we also used antigen as a complementary DNA2 and developed a new method for an electrical detection of interaction between antibody and antigen as model DNAs.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

現在のコンピュータは1つの計算を高速に無限回数繰り返して解を求めるシリアル方式である。一方一度に無秩序の組合せを求め、その中から解を特定する並列計算がある。例えば指定条件のルートを通る経路の特定などである。分子生物学の分野では、塩基配列の異なるDNA断片を経路に見立て、これらを実験的手法で無作為に反応させ、その組合せの中から最適解(経路)を特定するアプローチが試みられている。しかしこれは現実的ではない。本研究はこのような煩雑な操作を、申請者がこれまで開発した技術を転用して有機デバイスとして実現できないかと着想した。煩雑な並列計算工程を素子化するための基盤技術となり得る。

Research Products

• [Journal Article] 高分子シート表面での抗原 抗体反応性とセンサ応答の 評価 (2019)
  • Author(s): 礒田隆聡, 市原勲己, 龍神康大
  • Journal Title: 電気学会論文誌E（センサ・マイクロマシン部門誌） Volume: 139 Pages: 303-309
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 48Development of Wireless Electrical Conductivity Sensor Screening System to Evaluate Protein Binding to Sensor Films (2017)
  • Author(s): T. Isoda, H.Ichihara, K.Ryujin, I. Urushibara, T. Shimizu
  • Journal Title: Sensors and Materials Volume: 29 Pages: 23-38
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 携帯型バイオセンサの開発とIoT技術による遠隔医療への応用 (2017)
  • Author(s): 礒田隆聡
  • Journal Title: 化学工業 Volume: 68 Pages: 43-48
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 画像センシングによる皮膚炎症解析法の開発と化粧品の安全性評価 (2017)
  • Author(s): 礒田隆聡
  • Journal Title: FRAGRANCE JOURNAL Volume: 2017-7 Pages: 42-48
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 抗原抗体検査のための 3D 型ウェルセンサの設計と性能評価 (2019)
  • Author(s): 〇鈴木音弥, 今泉瑠菜, 佐藤理夏, 礒田隆聡
  • Organizer: 令和1年度電気学会センサ・マイクロマシン部門 ケミカルセンサ研究会
• [Presentation] 抗原抗体検査のための 3D 型ウェルセンサの設計と性能評価 (2019)
  • Author(s): 〇鈴木音弥, 今泉瑠菜, 佐藤理夏, 礒田隆聡
  • Organizer: 第56回化学関連支部合同九州大会
• [Presentation] 抗原抗体検査のための 3D型ウェルセンサの設計と性能評価 (2019)
  • Author(s): 〇鈴木音弥, 今泉瑠菜, 佐藤理夏, 礒田隆聡
  • Organizer: 電気学会センサ・マイクロマシン部門 第36回センサ・マイクロマシンと 応用システムシンポジウム
• [Presentation] 食品安全管理の現状と携帯型センサによる食中毒検査法への応用 (2019)
  • Author(s): 〇礒田隆聡
  • Organizer: QBキャピタル技術交流会
  • Invited
• [Presentation] 高齢者施設や在宅介護での遠隔診断実現のための携帯型バイオセンサの開発センサの開発 (2019)
  • Author(s): 〇礒田隆聡
  • Organizer: JSTイノベーション・ジャパン2019～大学見本市＆ビジネスマッチング～
  • Invited
• [Presentation] 自主衛生検査のための迅速検査キットの使い方―携帯型バイオセンサとIoT検査システムの紹介― (2019)
  • Author(s): 〇礒田隆聡
  • Organizer: 食品開発展2019
  • Invited
• [Presentation] バイオセンサの高度集積化技術に関する基礎研究 (2018)
  • Author(s): 浜地凌平, 渡邊裕樹, 刀根健冴, 吉田雄貴, 龍神康大, 市原勲己, 〇礒田隆聡
  • Organizer: 平成30年電気学会全国大会
• [Presentation] バイオセンサの集積化法の開発と多項目検査技術への応用 (2018)
  • Author(s): 龍神康大, 吉田雄貴, 市原勲己, 浜地凌平, 渡邊裕樹, 刀根健冴, 〇礒田隆聡
  • Organizer: 平成30年電気学会全国大会
• [Presentation] 抗原抗体シートによる腫瘍マーカーのセンシングとモバイルセンサへの利用 (2018)
  • Author(s): 市原勲己, 吉田雄貴, 龍神康大, 刀根健冴, 浜地凌平, 渡邊裕樹, 〇礒田隆聡
  • Organizer: 平成30年電気学会全国大会
• [Presentation] 酵素センサ測定法の開発と食品鮮度検査への応用 (2018)
  • Author(s): 〇渡邊裕樹, 刀根健冴, 浜地凌平, 吉田雄貴, 市原勲己, 龍神康大, 礒田隆聡
  • Organizer: 平成30年電気学会全国大会
• [Presentation] 酵素シートを用いたセンサ測定法の開発 (2018)
  • Author(s): 〇渡邊裕樹, 吉田雄貴, 井本亘栄, 鈴木音弥, 礒田隆聡
  • Organizer: 平成30年度電気学会センサ・マイクロマシン部門 ケミカルセンサ研究会
• [Presentation] モバイルセンサを用いる抗原抗体反応のスクリーニング検査法の開発 (2017)
  • Author(s): 市原勲己, 龍神康大, 尾崎匠, 吉田雄貴, 礒田隆聡
  • Organizer: 平成29年電気学会全国大会, 「人と化学センサ」シンポジウム
• [Presentation] 携帯型バイオセンサによる酵素検出法の開発と食品検査への利用 (2017)
  • Author(s): 吉田雄貴, 尾崎匠, 市原勲己, 龍神康大, 高尾凌太郎, 礒田隆聡
  • Organizer: 平成29年電気学会全国大会, 「人と化学センサ」シンポジウム
• [Presentation] 集積化バイオセンサの表面分子設計と タンパク検出の電気特性 (2017)
  • Author(s): 龍神康大, 市原勲己, 尾崎匠, 吉田雄貴, 礒田隆聡
  • Organizer: 平成29年電気学会全国大会, 「人と化学センサ」シンポジウム
• [Presentation] 携帯型バイオセンサによる酵素検出法の開発と食品鮮度測定への利用 (2017)
  • Author(s): 吉田雄貴, 市原勲己, 龍神康大, 浜地良平, 渡邊裕樹, 礒田隆聡
  • Organizer: 平成29年度電気学会センサ・マイクロマシン部門 ケミカルセンサ研究会
• [Presentation] 携帯型バイオセンサによる酵素検出法の開発と食品鮮度測定への利用 (2017)
  • Author(s): 吉田雄貴, 市原勲己, 龍神康大, 浜地良平, 渡邊裕樹, 礒田隆聡
  • Organizer: 第54回化学関連支部合同九州大会
• [Presentation] 食品鮮度測定のためのセンサ技術の開発 (2017)
  • Author(s): 渡邊裕樹, 市原勲己, 龍神康大, 吉田雄貴, 浜地良平, 刀根健冴, 礒田隆聡
  • Organizer: 電気学会センサ・マイクロマシン部門 第34回センサ・マイクロマシンと
• [Presentation] 7.画像センシング‐IoT（インターネット化）技術の開発と皮膚炎症の遠隔検査 (2017)
  • Author(s): 高尾凌太郎, 市原勲己, 龍神康大, 吉田雄貴, 渡邊裕樹, 浜地良平,
  • Organizer: 電気学会センサ・マイクロマシン部門 第34回センサ・マイクロマシンと
• [Presentation] 1.在宅介護や被災地での遠隔診断実現のためのヒューマンヘルスケア・センサ (2017)
  • Author(s): 礒田隆聡
  • Organizer: JSTイノベーション・ジャパン2017～大学見本市＆ビジネスマッチング～
  • Invited
• [Book] 最先端医療機器の病院への普及展望と今後の製品開発 (2018)
  • Author(s): 礒田隆聡 他共著
  • Total Pages: 562
  • Publisher: 技術情報協会
• [Book] 皮膚の安全性・有用性評価法 (2018)
  • Author(s): 礒田隆聡 他共著
  • Total Pages: 332
  • Publisher: 技術情報協会
• [Remarks] 北九州市立大学環境技術研究所 公開成果1（生体高分子検出デバイスの応用事例）
  • URL: https://office.env.kitakyu-u.ac.jp/kangiken/files/2015/0036/2853/isoda_takaaki_1.pdf
• [Remarks] 北九州市立大学環境技術研究所 公開成果2（DNA検出デバイスの応用製品例）
  • URL: https://office.env.kitakyu-u.ac.jp/kangiken/files/6015/0036/3022/isoda_takaaki_3.pdf
• [Remarks] 北九州市立大学 礒田研究室HP
  • URL: http://www.kitakyu-u.ac.jp/env/subject/d-life/Takaaki_Isoda/index.html
• [Remarks] 礒田研究室HP
  • URL: http://www.kitakyu-u.ac.jp/env/subject/d-life/Takaaki_Isoda/index.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 酵素活性の測定方法 (2019)
  • Inventor(s): 礒田隆聡, 吉田雄貴
  • Industrial Property Rights Holder: インテグラムヘルスデザイン㈱
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2019-023880
  • Filing Date: 2019
• [Patent(Industrial Property Rights)] 情報技術を用いた炎症検査方法 (2019)
  • Inventor(s): 礒田隆聡, 尾池哲郎
  • Industrial Property Rights Holder: ㈱FILTOM
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2019-115943
  • Filing Date: 2019
• [Patent(Industrial Property Rights)] センサチップ及びその製造方法、分析装置、並びに分析方法 (2018)
  • Inventor(s): 礒田隆聡, 龍神康大
  • Industrial Property Rights Holder: 北九州市立大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2018-039978
  • Filing Date: 2018
• [Patent(Industrial Property Rights)] 溶液分析装置及びその製造方法、並びに溶液分析方法 (2017)
  • Inventor(s): 礒田隆聡, 龍神康大
  • Industrial Property Rights Holder: 北九州市立大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2017-022253
  • Filing Date: 2017
  • Acquisition Date: 2017