CMOS Impedance Sensor Array for Non-invasive Realtime Single Cell Monitoring

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K04539
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: Shigeyasu Uno 立命館大学, 理工学部, 教授 (40420369)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: インピーダンス / 細胞 / CMOS / 集積回路 / 電気化学 / センサー

Outline of Final Research Achievements

The major outcomes of this research are as follows: (a) Realization of CMOS integrated circuit chips with high density arrays of microelectrodes as small as 4.0 um where single electrode can be random-accessed by digital circuits for impedance-based living cell sensing, (b) Implementation of the CMOS chip in a widely-used cell culture dish for easy and reliable handling, (c) Sophisticated numerical computer simulations of impedance spectroscopy with a microelectrode underneath single adherent cell, and (d) Mathematical model and analytical formula for distributed impedance in the cell-substrate (electrode) gap, as well as incorporation of such analytical formula into equivalent circuit model of the impedance in a wide frequency range.

Free Research Field

バイオセンシングおよび集積回路

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の学術的意義は、今まで殆ど解明されていなかった微小電極による接着細胞のインピーダンス計測に関する理論的知見を明らかにするとともに、それを実現するためのCMOS集積回路チップ上の微小電極作製技術と測定用電子回路技術を発展させたことにある。また社会的意義は、本研究成果を基盤として、単一細胞の電気的特徴量を非侵襲リアルタイムで計測可能とすることにより、様々な細胞生理・薬理に関する新たな知見が期待され、それにより医学・薬学研究に新たなツールを提供できる可能性にある。