Development of enzyme-immobilized FET-type glucose sensors toward the integrated biochips

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17K06472
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Measurement engineering
• Research Institution: Osaka Institute of Technology
• Principal Investigator: KOIKE Kazuto 大阪工業大学, 工学部, 教授 (40351457)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小山 政俊 大阪工業大学, 工学部, 講師 (30758636)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: グルコースセンサー / FETタイプ / 連続モニタリング / 絹フィブロイン / 酵素固定化技術

Outline of Final Research Achievements

We have succeeded in developing stable and long-term operation of an extended-gate field effect transistor (EGFET)-type glucose sensor using a silk-fibroin film for the immobilization membrane of glucose oxidase. The enzyme membrane was formed on a TiO2/Ti extended gate substrate using a spin coating method followed by an insolubilation treatment. An amino-silane monolayer was inserted between the substrate and the enzyme membrane to improve the bond strength between them. A prototype sensor was able to detect glucose reversibly and repeatedly the glucose in the range of 0.002 - 0.2 mg/mL and suitable for wearable minimally-invasive glucose monitoring for personal and point-of-care use.

Free Research Field

結晶成長とデバイス応用

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

FETタイプのグルコースセンサーは，被検液中でゲート電極表面の吸着電荷を直接検出するため，長時間の連続使用や多機能センサーのワンチップ化に有利である．研究代表者らは，生体適合性の高い絹フィブロインを用いて拡張ゲート表面に酵素を強固に固定化する技術を開発した．試作したセンサーは，汗や涙に含まれる低いグルコース濃度を検出できる感度を有し，1か月以上にわたって繰り返し測定が可能であった．絹フィブロインで包括する酵素の種類を変えることで，グルコース以外の健康指標マーカを検出することも可能で，体液に含まれる健康指標マーカを長時間連続モニタリングするためのウェアラブルセンサーの実現に有用な知見を与えた．