| Project/Area Number |
20K12703
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 90130:Medical systems-related
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| Research Institution | Fukui National College of Technology |
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Principal Investigator |
坂元 知里 福井工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (10711492)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2024: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | 銅含有CNF膜 / 分子ふるい機能 / 赤血球の影響除去 / アスコルビン酸の影響除去 / ナノファイバー膜 / ポリウレタン / 尿酸バイオセンサ / 親水性カーボンフロス電極 / ダブルパルスポテンシャルステップ法 / アスコルビン酸の阻害 / 分子ふるい機能を有するナノファイバー膜 / 赤血球サイズの阻害 / 電気化学測定 / 血中尿酸値 / 親水性カーボンフロス / 銅含有ナノファイバー / 電気化学 |
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| Outline of Research at the Start |
高尿酸血症は、生活習慣が大きく影響するため、家庭等での簡易的に尿酸値を制御する必要があると考える。しかしながら現在の一般的な尿酸値計測方法は、通院が必要であり、簡易的な尿酸値計測は困難である。本研究では、血中尿酸値を簡易的に計測するデバイス、尿酸バイオセンサシステムの開発を目的とする。本システムは、以下のような特徴を付与する。
・酵素および分子ふるい機能を付与したナノファイバーで選択性を向上
・３次元的電子授受環境を有するカーボンフロスを電極として用い、高感度化
・計測値を統計解析し、尿酸計測値の信用度を確認
本システムの実現により、高尿酸血症患者および予備軍のQOL向上に大いに貢献する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、血中尿酸値を簡易的に計測することを可能とする血中尿酸値バイオセンサシステムの開発を目的とした。
昨年度は、当初計画４年目に行う予定であった「分子ふるい機能を付与した銅含有ナノファイバー膜の作成条件検討」について検証した。血液中に含まれる血球は96%が赤血球である。赤血球の直径は6.0-9.0μmであるため、本研究では、孔サイズが直径6μm前後のナノファイバー膜を作製し、大まかに赤血球を分離する分子ふるい機能ナノファイバー膜を目指した。当初の計画では、分子ふるい機能ナノファイバー膜としてポリウレタンを用いる予定であったが、ポリウレタンが疎水性であるため、電極表面が電解質で満たされない事案が生じた。よって分子ふるい機能ナノファイバー膜の材料をTEMPO酸化セルロースナノファイバー(以下、CNF）に変更し、分子ふるい機能評価を行った。また、血中尿酸夾雑物質であるアスコルビン酸を強制酸化させるため、本年度は塩化銅をCNFに混合させ、銅含有分子ふるい機能CNF膜を作成した。
PFC電極に銅含有1.5%CNF膜を被膜し、6μmマイクロビーズ（血球のモデルビーズ）含有下において、ダブルパルスポテンシャルステップ法により尿酸計測を行った。その結果、銅含有1.5%CNF膜を被覆していないPFC電極を用いた場合、マイクロビーズ含有量の増加に依存し、電流応答値が著しく減少した。一方で銅含有1.5%CNF膜を被覆したPFC電極を用いた場合、マイクロビーズ含有量に関わらず、応答電流値が増減せず安定し、さらには、アスコルビン酸含有下においても、尿酸測定値に影響を及ぼさないことが示唆された。以上の結果から、本年度は上記手法により、物理的阻害物である血球と化学的夾雑物であるアスコルビン酸の影響を受けず、尿酸を選択的に計測することが可能であることを示唆した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度は、当初計画では３年目と４年目に行う予定であった「分子ふるい機能を付与した銅含有ナノファイバー膜の作成条件検討」と「ナノファイバー膜を被覆した電極を用いた物理的阻害物質の尿酸計測に対する影響評価」の再検討を行った。１年目から現在まで、当初の計画通りに実験は進んでおり、「カーボンフロス電極作製」、「選択的な尿酸計測条件の検討」、「ナノファイバー膜による物理的阻害物質の影響評価」さらには、「ナノファイバー膜による化学的阻害物質の影響評価」も終了しており、高選択的な尿酸計測が達成できている。従って予定計画に大きな遅れはないと考える。
本年度は、これまで検討してきた銅含有CNF膜を被膜したカーボンフロス電極を用いて尿酸計測を実施するとともに主成分分析により、より正確な尿酸値計測システムを構築・検討することで、当初計画に遅れなく、研究を進めていく。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題は血中尿酸値を簡易的に計測する血中尿酸値バイオセンサシステムの開発を目的とし、本システムは、「酵素及び分子ふるい機能を付与した銅含有ナノファイバー膜を用いて選択性向上」、「カーボンフロス電極を用い、高感度化」、「統計解析により尿酸計測値の信用度確認」の特徴付与により実現を計画した。
本年度は、当初計画の５年目に行う予定であった「統計解析により尿酸計測値の信用度確認」を中心に行う。「分子ふるい機能を付与した銅含有ナノファイバー膜の作成条件検討」は、１年目と４年目にナノファイバー膜の作成条件を決定し、かつPFC電極を用いて赤血球サイズのマイクロビーズを用いて尿酸測定に対する物理的影響を確認した。さらに銅含有ナノファイバー膜を用いて化学的影響の確認も行った。その結果、銅含有1.5%セルロースナノファイバー膜を電極上に被膜することで物理的阻害及び化学的阻害の影響が軽減することを明らかにした。よって本年度ではこれまでの条件を基にカーボンフロス電極を用いて尿酸計測を行い、さらに尿酸計測結果を主成分分析法により統計解析することで、尿酸計測の高感度化と尿酸値の統計的信用度を確認することを目指す。
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