Development of platform for electrochemiluminescence immunoassay using graphene transparent electrode

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05218
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28030:Nanomaterials-related
• Research Institution: Aoyama Gakuin University
• Principal Investigator: Watanabe Takeshi 青山学院大学, 理工学部, 助教 (30803506)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: グラフェン / 電気化学発光 / 免疫分析 / POCT / ECL / 透明電極

Outline of Final Research Achievements

This study has demonstrated graphene grown by CVD method allows for highly sensitive electrochemiluminescence-based (ECL) analysis owing to its high optical transparency, compared to the conventional electrode materials. ECL imaging for multilayer graphene revealed multilayer islands showed greater ECL than single-layer domain, while pristine single-layer graphene electrode that has no multilayer islands showed higher ECL intensity than multilayer graphene electrodes. ECL-based immunoassay of a carcinoembryonic antigen (CEA), known as a typical tumor marker, using single-layer graphene transparent electrodes, was successfully demonstrated below the reference concentration level. Furthermore, covalent surface modification of graphene without compromising intrinsic electric properties was successfully demonstrated by utilizing stacked two-layer graphene electrodes.

Free Research Field

電気化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、単層のグラフェンが電気化学発光分析用途の電極として優れた特性をもつことを見出した。炭素原子わずか一層のシートが、電気化学発光のような電極表面にラジカル種を生成するプロセスにも適用可能であると示したことはECL分析やグラフェンの電気化学応用の可能性を広げるものである。
グラフェンは資源として豊富に存在する炭素原子が一層のみのシートであるため、使い捨ての電極材料として利用可能である。高感度測定可能な電気化学発光免疫測定にグラフェンを使い捨て電極として利用すれば、高感度測定可能な迅速感検査機器の開発が可能であり、新たな感染症発生時の備えや遠隔地の難病治療などに貢献できると期待される。