Development of on-site genetic testing system using compact disk-type microfluidic device

• Project/Area Number: 17K14504
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Analytical chemistry
• Research Institution: Tokyo University of Pharmacy and Life Science
• Principal Investigator: Morioka Kazuhiro 東京薬科大学, 薬学部, 助教 (70794056)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2018: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: CD 型マイクロチップ / オンサイト測定 / リアルタイム蛍光検出 / LAMP / DNA 抽出 / 遺伝子検査 / CD型マイクロチップ / DNA抽出 / グルコース / LAMP 法 / 透明ガラスヒーター / リアルタイム検出 / 透明フィルムヒーター / LAMP法 / コメ品種判別試験 / マイクロ化学分析 / オンサイト分析 / 会合曲線解析

Outline of Final Research Achievements

Novel methods and systems to carry out genetic testing operations (i.e., DNA extraction, gene amplifier, and detection) with a compact-disk (CD)-type microfluidic device were developed. A CD-type fluorescence system allowed us to continuously measure the fluorescence intensity in the detection chamber on the CD-type microfluidic device during rotation. A small-sized genetic testing system for loop-mediated isothermal amplification (LAMP) was successfully used for real-time measurement of the change in fluorescence intensities with gene amplification. A CD-type DNA extraction system equipped with an indium tin oxide (ITO) heater enabled us to easily perform DNA extraction on a CD-type microfluidic device. A portable and automatic gene testing system with a CD-type microfluidic device would be realized by integrated these downsized systems.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により，遺伝子検査に要する分析操作（DNA抽出・遺伝子増幅・検出）を一枚のCD型マイクロチップ上で実施するための新規技術・システムを開発した．これにより，オンサイトで，誰もが，簡便，迅速かつ高感度な全自動遺伝子検査を実施できるシステムの開発に有用な分析技術・装置構成を見出した．開発した技術やシステムを統合することで，現場での感染症検査や在宅ベッドサイドでの疾病診断などに使用できる，CD型マイクロチップを用いるポータブルな遺伝子検査システムを実現できると考えられる．

Research Products

• [Presentation] リアルタイム測定が可能なコンパクトディスク型蛍光検出システムの開発 (2019)
  • Author(s): 野条 拓矢，森岡 和大，辺見 彰秀，曽 湖烈，加藤 俊吾，内山 一美，中嶋 秀
  • Organizer: 日本分析化学会第67年会
• [Presentation] LAB-ON-A-CD CAPABLE OF CONTINUOUS FLUORESCENCE MEASUREMENT (2019)
  • Author(s): Kazuhiro Morioka, Takuya Nojo, Akihide Hemmi, Norio Teshima, Tomonari Umemura, Shungo Kato, Katsumi Uchiyama, Hizuru Nakajima
  • Organizer: The 23rd International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] オンサイト測定を指向した コンパクトディスク型蛍光検出システムの開発 (2018)
  • Author(s): 森岡 和大，野条 拓矢，辺見 彰秀，東海林 敦，柳田 顕郎，曾 湖烈，加藤 俊吾，内山 一美，中嶋 秀
  • Organizer: 第 31 回バイオメディカル分析科学シンポジウム （BMAS 2018）
• [Presentation] 透明フィルムヒーターを用いる オンサイト遺伝子検査システムの開発 (2018)
  • Author(s): 森岡 和大，水本 拓哉，辺見 彰秀，曾 湖烈，加藤 俊吾，東海林 敦，柳田 顕郎，内山 一美，中嶋 秀
  • Organizer: 第 16 回次世代を担う若手のためのフィジカル・ファーマ・フォーラム (PPF 2018)