極微量血液のマイクロ分析チップを用いたヘルスケアデバイスの創製

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450289
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 堀池 靖浩 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (20209274)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中原 一彦 東京大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (70101095) ; 高村 禅 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (20290877) ; 片岡 一則 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (00130245)
• Keywords: ヘルスケアデバイス / バイオチップ / 無痛針 / 健康マーカ / 電気浸透流ポンプ / ISFET / リンパ球分離 / 塩橋

Research Abstract

最終年度は、「ヘルスケアチップ」の完成に注力した。要素技術としての無痛針は、70μm径のSUS管をNH_3プラズマによる窒化で硬化し、更に電界研磨で先端を先鋭化した。その結果、無痛で採血できるようになった。また、電気浸透流(EOF)ポンプは、強電界領域を石英板に作り込み、更にこの領域を40cmの長さにし、折り畳んで超小型化し、10Vの低電圧で大流量の血液を吸引することが出来た。無痛針は、PET板で作製したマイクロキャピラリの入り口に、EOFポンプは、その出口に3次元的に接続した。その結果、数十nlの血液をを流路に注入し、チップ内で遠心分離して得た血漿からpH、Na^+、K+、BUNの健康マーカをISFETによるポテンシオメトリ法のみならず謄写印刷によるカーボン電極によるメトリアンペロ法を用いての測定に成功した。この測定にはイオノフォア膜の固定化が障害となったが克服した。これらの測定手順は、簡易型装置を作製して行った。また、全血を無駄なく利用するため、リンパ球のTとB細胞の分離も研究した。TはBよりpH=7.4では電荷が1.5倍大きいので、電気泳動で分離できる。まず、リンパ球の付着とゼータ電位は高分子ミセルのコートにより低下された。本実験中、リザーバとウェステの容積が小さいため、電極の電気分解によりリザーバとウェステ内の緩衝液が極端に酸性化とアルカリ化することが初めて見出された。これはISFETを流路に多数設け、実時間で測定した結果判明した。これは今後チップの小型化に伴い大きな警鐘となろう。しかし、両者と流路との間に塩橋を挿入し、電圧は印加されるがアルカリ液は流入しない工夫を考案し、BとTの電気泳導動速度分布を測定した。次に、リンパ球を一旦ゲル電極に正電位で付着させた後、負の電圧を印加して、泳動させ、BとT細胞のキャピラリ内での分離に成功した。

Research Products

• [Publications] A.Oki, Y.Takamura, T.Fukasawa, H.Ogawa, Y.Ito, T.Ichiki, Y.Horiike: "Study on Elemental Technologies for Creation of Healthcare Chip Fabricated on Polyethylene Terephthalate Plate"IEICE transactions. E84-C(12). 1801-1806 (2001)
• [Publications] A.Oki, S.Adachi, Y.Takamura, K.Ishihara, H.Ogawa, Y.Ito, T.Ichiki, Y.Horiike: "Electroosmosis Injection of Blood Serum into Biocompatible Microcapillary Chip Fabricated on Quartz Plate"Electrophoresis. 22. 341-347 (2001)
• [Publications] A.Oki, S.Adachi, Y.Takamura, H.Onoda, Y.Ito, Y.Horiike: "Electrophoresis Velocity Measurement of Lymphocytes Under Suppression of pH Change of PBS in Microcapillary"Proceedings of Micro Total Analysis System 2001, Monterey, U.S.A.. 505-506 (2001)
• [Publications] Y.Takamura, H.Onoda, H.Inokuchi, S.Adachi, A.Oki, Y.Horiike: "Low-voltage Electroosmosis pump and its Application to on-chip Linear Stepping Pneumatic Pressure Source"Proceedings of Micro Total Analysis System 2001, Monterey, U.S.A.. 230-232 (2001)
• [Publications] A.Oki, H.Ogawa, Y.Takamura, M.Takai, T.Fukasawa, J.Kikuchi, Y.Ito, T.Ichiki, Y.Horiike: "Biochip Checking Health Condition from Analysis of Trace Blood Collected by Painless Needle"Extracted Abstracts of the 2001 International Conference on Solid State Devices and Materials. 460-461 (2001)
• [Publications] 堀池靖浩, 沖明男, 高村禅, 小川洋輝, 深澤孝之, 高井まどか, 斧田博之: "極微量全血分離・分析を目指したヘルスケアチップの創製"バイオメディカルエンジニアリング. 15(10). 2-7 (2001)
• [Publications] 堀池靖浩, 小川洋輝: "はじめての半導体洗浄技術"工業調査会. 250 (2002)