2022 Fiscal Year Annual Research Report
平行平板電極による高安定な電気化学インピーダンスバイオセンサの作製と応用
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20K05300
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| Research Institution | Tokyo University of Marine Science and Technology |
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Principal Investigator |
大貫 等 東京海洋大学, 学術研究院, 教授 (60223898)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 電気化学インピーダンス法 / 平行平板電極 / 免疫センサ / 抗原抗体反応 / バイオセンサ / 微細加工 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電気化学インピーダンス分光法(EIS)は，抗原抗体反応などの特異吸着を検知するバイオセンサに広く用いられてきた．しかしEISバイオセンサは計測チップ毎の特性上のばらつきが非常に大きく，実用化を大きく阻んできた．本研究では，電極間隔を極限まで近づけた平行平板電極を開発し，高感度・高選択性・高再現性を両立する画期的な解決手法を確立した．さらに具体的な適用例として唾液中のコルチゾール測定を行い，標準的な測定手法である酵素結合免疫吸着測定 (ELISA) 法による測定結果と比較検討した結果，同等精度の測定が短時間で得られることが分かった．以下，平行平板電極の開発と唾液中コルチゾール測定結果について述べる．
(平行平板電極)
本電極は円形状のパターン電極の縁を厚さ1μmの絶縁層で覆い，それの2枚を重ねてできる 2μmの間隙を，レドックスプローブを含む溶液で満たした構造を持つ．有限要素法による電流密度シミュレーションでは平滑な電極表面上に電流が一様に分布し，理想的な表面での抗原抗体反応を信号化することが分かった．高感度測定可能な櫛形電極によるセンサと平行平板電極によるセンサを比較したところ，感度は同等である一方，平行平板電極のチップ毎の特性は非常に高い再現性を示し，目的とする特性を有した電極の開発に成功した．
(唾液中コルチゾール検出)
抗コルチゾール抗体を平行平板電極に固定化し，コルチゾールEISセンサを作製した．濃度範囲 10E-13 - 10E-10 mol/L で感度を持つことが分かった．この濃度はELISAと比べて2桁程度高感度であった．二つの測定方法における唾液試料中コルチゾール濃度は，ほぼ同等の値となったが，行平板電極では抗原抗体反応に必要な時間は5分程度と非常に短く，数時間の反応時間を必要とするELISAに比べると迅速測定可能であることが分かった．
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