2018 Fiscal Year Research-status Report
ハイブリッド型電気化学マイクロセルの構築と微量生体試料分析への応用
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17K05892
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
石田 晃彦 北海道大学, 工学研究院, 助教 (20312382)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 電気化学分析 / ウォールジェットセル / アレイ電極 / 数値シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，ハイブリッド型電気化学マイクロセルの電極（同心円アレイ電極）の基本構成に関する昨年度の成果をもとに電極形状を詳細に検討し，昨年度設計したセルに組み込んで評価した。
同心円アレイ電極の設計においては，実験による検討が時間的かつ費用的に困難であるため，有限要素法による数値シミュレーションを用いた検討を行うこととした。その際，電極設計の初期形状として，中心部に円盤電極，その周囲に複数の同心円環電極を配置したものを採用し，中心軸対称2次元平面で計算した。シミュレーションにおいては，昨年度の成果を参考にしながら，中心部の円盤型電極の直径，同心円環電極の幅，位置，間隔，数などのパラメーターを変化させ，それぞれの条件で電流値および電流密度を求めた。各パラメーターを変化させたところ，電流値の増加と電流密度の増加はトレードオフの関係にあったことから，電流密度の増加を優先に各パラメーターを決定した。以上により，同心円アレイ電極の具体的な構成をシミュレーションベースで明らかにした。
次に，シミュレーションにより設計した同心円アレイ電極を微細加工技術（金薄膜の真空蒸着，フォトリソグラフィー，化学エッチング）を利用して作製した。この電極を昨年度設計したウォールジェット型セルに銀／塩化銀参照電極とともに組み込み，フローインジェクション方式でモデル物質（フェロシアン化カリウム）の電流応答を測定した。検討の結果，検出感度はサブnMオーダーであり，同面積の円盤型電極と比較して約７倍優れることが明らかとなった。本電極は次年度にサブnMオーダーでの検出が必要とされる血中成分の分析への応用を予定しており，本年度の成果からそれが実現可能な見込みとなった。
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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
当初の計画に沿った研究が実施できているため，上記進捗状況とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，ハイブリッド型電気化学マイクロセル（同心円アレイ型電極を搭載したウォールジェット型セル）と，当研究室で開発したマイクロチップベースの充填カラムを接続することにより超小型液体クロマトグラフィーシステムを構築し，そこでのハイブリッド型電気化学マイクロセルの検出器としての性能を評価する。評価物質としては，医療診断分野で現場分析のニーズがあるものを選ぶ。評価物質ごとの適切な条件を明らかにしたのち，検出感度，繰り返し精度などを求め，その優位性および有用性を実証する予定である。その一方で，本セルにおける応答の流速依存性などを検討しながら応答機構を検討する。
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| Causes of Carryover |
セルなどのデバイスの試作を外注することを予定していたが，費用が低額である学内のワークショップに依頼したため差額が生じた。今後の最終版の作製では，より高度な加工が必要で学内では対応困難なことが判明したため差額はその費用に充てる予定である。
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