2023 Fiscal Year Final Research Report

Development of printable sensors enabling molecular digital measurement for proteins and nucleic acids

Research Project

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Project/Area Number	20H02592
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 28050:Nano/micro-systems-related
Research Institution	Japan Advanced Institute of Science and Technology
Principal Investigator	Takamura Yuzuru 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (20290877)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	廣瀬大亮北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (20854673) 浮田芳昭山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (40578100)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	1分子計測 / バイオセンサ / デジタル計測 / タンパク質 / 核酸 / ＦＥＴセンサ / 酸化物ＴＦＴ / オープンサーキットポテンシャル
Outline of Final Research Achievements	We aimed to develop a low-cost and simple digital ELISA using test strips or chips that can be created by printing technology. (1) In the development of Digital ELISA using Open Circuit Potential (OCP) and field-effect transistor (FET) arrays, we found many factors to improve OCP changes, and successfully detected signals on the FET array that are considered to be originate from a single molecule. (2) In the study of a high-sensitive nucleic acid sensor by a solid electrolyte gate thin film transistor (TFT), we solved various instability factors. Then by combination with a isothermal amplification of Recombinase Polymerase Amplification (RPA), finally we developed a sensor that can detect Leishmania-derived nucleic acids. (3) In the development of paper-based digital ELISA, single molecule sensitivity could not be obtained. But, subsequently we successfully developed a paper-based device that can measure aflatoxin (B1) with high sensitivity.
Free Research Field	バイオセンサー、微小流体デバイス、BioMEMS、マイクロプラズマ
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	生体分子の高感度計測は、生命の研究の基礎から、癌の超早期発見、パンデミックの抑制などにおいても、大変重要である。デジタルELISA/PCR技術の登場で、分子を1個1個数えられる高感な測定が可能となりつつあるが、従来の装置は大型・高価で、また測定に時間がかかる欠点があった。本研究により、ローコスト・簡便なデジタル計測のための、幾つかのアプローチの基礎が確立できたと考えられ、その意味での学術的意義は大きい。また本研究は、将来的に集団検診や医療現場、その場検査にデジタル計測を導入するための技術開発に、大いに役立つと考えられ、その社会的意義も大きいと考える。