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Exploration of enzymatic reaction systems for measurement using graphene transistor and their application to enzyme immunoassay

Research Project

Project/Area Number 18K14107
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 28050:Nano/micro-systems-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

Ono Takao  大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (00752875)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywordsグラフェン / 酵素反応 / 電界効果トランジスタ / マイクロ流体デバイス / デバイ長 / 病原体 / グラフェントランジスタ / マイクロウェル / 酵素免疫法 / ウイルス / 実時間反応計測 / 酵素 / バイオセンシング / 微小液滴 / ELISA / インフルエンザウイルス / バイオセンサー / 酵素反応計測
Outline of Final Research Achievements

In this study, I extended an application field of my high-sensitive electrical biosensing method using graphene field-effect transisors (graphene-FET) and microdroplets. It is a part of my "lab on a graphene-FET" concept, a novel platform for sensing various biochemical reactions using graphene-FETs. I found a new enzymatic reaction system which is more commonly used compared to urease/urea reaction system and able to be measured by graphene-FETs. I applied this system to enzyme immunoassay and detected target-specific signals from influenza virus.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

研究代表者が原理実証した、「酵素反応産物による電気的な生体分子検出」と「反応系のマイクロメートルスケールへの封じ込め」による高感度なバイオセンシング技術の実用化に向けて、酵素反応系の改変と抗体との複合化によって、技術の適用範囲を拡げることが出来た。これらを通じて、研究代表者の提唱する"lab on a graphene-FET"の可能性を拡げることが出来た。

Report

(3 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (34 results)

All 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 4 results) Presentation (25 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Graphene Field Effect Transistor-Based Immunosensor for Ultrasensitive Noncompetitive Detection of Small Antigens2020

    • Author(s)
      Kanai Y, Ohmuro-Matsuyama Y, Tanioku M, Ushiba S, Ono T, Inoue K, Kitaguchi T, Kimura M, Ueda H, Matsumoto K
    • Journal Title

      ACS Sens.

      Volume: 5 Issue: 1 Pages: 24-28

    • DOI

      10.1021/acssensors.9b02137

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  • [Journal Article] Low dark current and high-responsivity graphene mid-infrared photodetectors using amplification of injected photo-carriers by photo-gating2019

    • Author(s)
      Fukushima Shoichiro、Shimatani Masaaki、Okuda Satoshi、Ogawa Shinpei、Kanai Yasushi、Ono Takao、Inoue Koichi、Matsumoto Kazuhiko
    • Journal Title

      Optics Letters

      Volume: 44 Issue: 10 Pages: 2598-2598

    • DOI

      10.1364/ol.44.002598

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  • [Journal Article] Broadband photoresponse of graphene photodetector from visible to long-wavelength infrared wavelengths2019

    • Author(s)
      Shinpei Ogawa, Masaaki Shimatani, Shoichiro Fukushima, Satoshi Okuda, Yasushi Kanai, Takao Ono, Kazuhiko Matsumoto
    • Journal Title

      Optical Engineering

      Volume: 58 Issue: 05 Pages: 1-1

    • DOI

      10.1117/1.oe.58.5.057106

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  • [Journal Article] Electrical Biosensing at Physiological Ionic Strength Using Graphene Field-Effect Transistor in Femtoliter Microdroplet2019

    • Author(s)
      Takao Ono, Yasushi Kanai, Koichi Inoue, Yohei Watanabe, Shin-ichi Nakakita, Toshio Kawahara, Yasuo Suzuki, Kazuhiko Matsumoto
    • Journal Title

      Nano Lett.

      Volume: 19 Issue: 6 Pages: 4004-4009

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.9b01335

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      Kawahara Toshio、Hiramatsu Hiroaki、Ohmi Yuhsuke、Sriwilaijaroen Nongluk、Suzuki Yasuo、Nakakita Shin-ichi、Watanabe Yohei、Ohno Yasuhide、Maehashi Kenzo、Ono Takao、Kanai Yasushi、Matsumoto Kazuhiko
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 58 Issue: SI Pages: SIID03-SIID03

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab1b68

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    • Author(s)
      Arai Y, Kawashita N, Ibrahim MS, Elgendy EM, Daidoji T, Ono T, Takagi T, Nakaya T, Matsumoto K, Watanabe Y.
    • Journal Title

      PLOS Pathogens

      Volume: 15(7) Issue: 7 Pages: e1007919-e1007919

    • DOI

      10.1371/journal.ppat.1007919

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    • Author(s)
      Chen Chuantong、Zhang Zheng、Kim Dongjin、Zhang Bowen、Tanioku Masami、Ono Takao、Matsumoto Kazuhiko、Suganuma Katsuaki
    • Journal Title

      Applied Surface Science

      Volume: 497 Pages: 143797-143797

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2019.143797

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      Ushiba Shota、Okino Tsuyoshi、Miyakawa Naruto、Ono Takao、Shinagawa Ayumi、Kanai Yasushi、INOUE Kouichi、Takahashi Kohei、Kimura Masahiko、Matsumoto Kazuhiko
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 59 Issue: SG Pages: SGGH04-SGGH04

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab65ac

    • NAID

      210000157932

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      小野 尭生、鎌田 果歩、林 亮太、Piacenti Alba Rosa、Gabutt Calum、宮川 成人、山本 佳織、Sriwilaijaroen Nongluk、平松 宏明、金井 康、小山 知弘、井上 恒一、牛場 翔太、品川 歩、木村 雅彦、中北 愼一、河原 敏男、家 裕隆、渡邉 洋平、鈴木 康夫、千葉 大地、Contera Sonia、松本 和彦
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      第67回応用物理学会春季学術講演会
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  • [Presentation] インフルエンザウイルス検出のためのグラフェン FET 上 への ヒト型シアロ糖鎖修飾方法の検討2020

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      山本 佳織、小野 尭生、宮川 成人、金井 康、小 山 知弘、谷奥 正巳、牛場 翔太、品川 歩、井上 恒 一、渡邊 洋平、中北 愼一、河原 敏男、鈴木 康夫、木村 雅彦、千葉 大地、松本 和彦
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      南保 舞子、小野 尭生、宮川 成人、金井 康、小山 知弘、谷奥 正巳、牛場 翔太、品川 歩、井上 恒一、渡邊 洋平、中北 愼一、河原 敏男、鈴木 康夫、木村 雅彦、千葉 大地、松本 和彦
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  • [Presentation] SiN膜によるグラフェン保護プロセスの検討2020

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      谷奥 正巳、小野 尭生、金井 康、小山 知弘、宮 川 成人、牛場 翔太、木村 雅彦、井上 恒一、千葉 大 地、松本 和彦
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      第67回応用物理学会春季学術講演会
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      金井 康、大室 有紀、牛場 翔太、小野 尭生、井 上 恒一、木村 雅彦、上田 宏、松本 和彦
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      坂野 喜代治、小野 尭生、金井 康、小山 知弘、谷奥 正巳、山本 佳織、宮川 成人、牛場 翔太、木村 雅彦、井上 恒一、千葉 大地、松本 和彦
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      第67回応用物理学会春季学術講演会
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  • [Presentation] New Modification Method of Sugar Chain on Graphene FET for Selective Detection of Virus2019

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      K. Yamamoto、T. Ono、N. Miyakawa、Y. Kanai、T. Koyama、M. Tanioku、S.Ushiba、A.Shinagawa、K. Inoue、Y. Watanabe、S. Nakakita、T. Kawahara、Y. Suzuki、M. Kimura、D. Chiba、and K. Matsumoto
    • Organizer
      WINDS2019
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      Takao Ono
    • Organizer
      8th imec Handai International Symposium
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ELECTRICAL DETECTION OF PATHOGENS BEYOND THE LIMITATION OF DEBYE SCREENING USING GRAPHENE FIELD-EFFECT TRANSISTORS IN MICRODROPLETS2019

    • Author(s)
      Takao Ono、Yasushi Kanai、Inoue Koichi、Watanabe Yohei、Nakakita Shin-ichi、Kawahara Toshio、Yasuo Suzuki、Kazuhiko Matsumoto
    • Organizer
      The 23rd International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences(MicroTAS 2019)
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      小野尭生
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      新世代研究所界面ナノ科学研究会 2019年度第1回研究会
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      小野尭生、金井 康、井上 恒一、渡邊 洋平、中北 愼一、河原 敏男、鈴木 康夫、松本 和彦
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      第57回日本生物物理学会年会 The 57th Annual Meeting of the BSJ
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      小川 新平、嶋谷 政彰、福島 昌一郎、奥田 聡志、金井 康、小野 尭生、井上 恒一、松本 和彦
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      河原 敏男、平松 宏明、大海 雄介、鈴木 康夫、林 京子、中北 愼一、渡邊 洋平、大野 恭秀、前橋 兼三、小野 尭生、金井 康、松本 和彦
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      牛場 翔太、沖野 剛士、宮川 成人、小野 尭生、品川 歩、金井 康、井上 恒一、高橋 講平、木村 雅彦、松本 和彦
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      山本 佳織、小野 尭生、宮川 成人、金井 康、小山 知弘、谷奥 正巳、牛場 翔太、品川 歩、井上 恒一、渡邊 洋平、中北 愼一、河原 敏男、鈴木 康夫、木村 雅彦、千葉 大地、松本 和彦
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      金井 康、大室 有紀、牛場 翔太、小野 尭生、井上 恒一、木村 雅彦、上田 宏、松本 和彦
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      福島 昌一郎、嶋谷 政彰、奥田 聡志、小川 新平、金井 康、小野 尭生、井上 恒一、松本 和彦
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      小野 尭生、金井 康、小山 知弘、井上 恒一、渡邊 洋平、中北 愼一、河原 敏男、鈴木 康夫、千葉 大地、松本 和彦
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      小野尭生
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      Takao Ono,?Shota Ushiba、Yasushi Kanai、Naruto Miyakawa、Ayumi Shinagawa、Kaori Yamamoto、Masami Tanioku、Yasuhide Ohno、Kenzo Maehashi、Koichi Inoue、Yohei Watanabe、Shin-ichi Nakakita、Toshio Kawahara、Masahiko Kimura、Yasuo Suzuki、and Kazuhiko Matsumoto
    • Organizer
      61st Electronic Materials Conference (EMC2019)
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  • [Presentation] Bio-sensing of small peptides by open sandwich immunoassay on graphene FETs2019

    • Author(s)
      Yasushi Kanai、Yuki Ohmuro-Matsuyama、Masami Tanioku、Shota Ushiba、Takao Ono、Koichi Inoue、Masahiko Kimura、Hiroshi Ueda、Kazuhiko Matsumoto
    • Organizer
      Compound Semiconductor Week 2019
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  • [Presentation] Detection of small peptides by open sandwich immunoassay2019

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      Yasushi Kanai、Yuki Ohmuro-Matsuyama、Masami Tanioku、Shota Ushiba、Takao Ono、Koichi Inoue、Masahiko Kimura、Hiroshi Ueda、Kazuhiko Matsumoto
    • Organizer
      EMN Rome Meeting on Carbon Nanostructures 2019
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Detection of Human-Infectious Influenza Virus Using Sialoglycan-Modified Graphene Field-Effect Transistor2018

    • Author(s)
      Takao Ono, Takuya Kawata, Shota Ushiba, Yasushi Kanai, Yasuhide Ohno, Kenzo Maehashi, Koichi Inoue, Yohei Watanabe, Shin’ichi Nakakita, Yasuo Suzuki, Toshio Kawahara, Masahiko Kimura, and Kazuhiko Matsumoto
    • Organizer
      2018 International Conference on Solid State Devices and Materials
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    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 世界中が注目するグラフェンの社会実装へ。高感度かつ簡便なバイオセンシング手法を開発

    • URL

      https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2019/20190618_2

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URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2021-12-27  

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