| Project/Area Number |
23KJ1019
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 21030:Measurement engineering-related
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
栩木 有理沙 長岡技術科学大学, 工学(系), 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-04-25 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
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| Keywords | バイオセンサ / 電気化学センサ / バイポーラ電気化学 / 電気二重層 / インピーダンス |
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| Outline of Research at the Start |
生化学分析分野において，高感度検出が可能な電気化学バイオセンサは，多種多検体の迅速な分析を実行し得る手段の一つとして注目されている．しかし，現状の電気化学バイオセンサは多くのコスト（時間・費用・作業者の技術）を要するため，多種多様な分析を行う現場への導入には至っていない．そこで本研究では，バイポーラ現象を利用した走査型バイオセンシング法を提案し，走査型測定用装置の作製および本装置を用いた多検体連続検出に取り組む．他の生化学分析手法との比較から「走査」を導入することの有効性を評価する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，バイポーラ現象を利用した多検体の連続的な検出が可能な走査型バイオセンシング法の確立を目指している．目的達成のために，①走査型測定用装置の作製および基本性能の評価，②走査が測定値に及ぼす影響とそのメカニズムの解明，③他の分析手法との比較による本手法の有効性の評価，の3項目について取り組む計画である．
本年度は，項目①について，電極の高速走査を実現するために，XYZ軸自動位置決めステージを組み合わせることで専用装置の作製に取り組んだ．本装置を用いて駆動電極を走査しながら電気化学インピーダンス測定を実施し，基本性能の評価を行った．検出対象の基板には，未修飾の金基板，チオール類の自己組織化単分子層やタンパク質を修飾した基板を使用し，入力信号の周波数や電極の走査速度，駆動電極-バイポーラ電極間の距離などのパラメータがインピーダンス変化に及ぼす影響を調査した．走査速度をステージの最高速度である40 mm/sとした場合，インピーダンスアナライザの時間分解能の限界のため測定点が不足するという問題が生じたものの，測定値は走査速度によらずほぼ一定の値を示した．また，金基板上に固定したウシ血清アルブミンの固定量の違いをインピーダンス値で識別することができた．以上の結果から，電極を高速走査しながら電気化学測定を行う「走査型」センシングが可能であることが示された．
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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
本年度は項目①について，走査型測定用装置の作製に取り組み，本手法を実現するための環境を整備した．さらに，作製した装置を用いて駆動電極を走査しながら電気化学インピーダンス測定行い，基本性能の評価が完了した．また，本手法によりバイポーラ電極上に固定化したタンパク質の検出に成功し，本装置がバイオセンサとして利用可能であることを確認した．以上のことから，本研究はおおむね順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，項目②の走査が測定値に及ぼす影響とそのメカニズムの解明のため，これまで取得した基本データをもとに等価回路解析や電界シミュレーションを行う．また，項目③の他の分析手法との比較による本手法の有効性の評価について，本手法により抗原抗体反応やアビジン-ビオチン結合のような生体反応の検出を実施し，通常の電気化学センサ（三電極）との性能を比較する．さらに，本センサの検出感度や測定に要するコスト（時間・費用）を一般に行われている種々の生化学分析手法と比較し，本手法の有効性や課題を明らかにする．
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