2012 Fiscal Year Annual Research Report
使い捨てが可能で環境に優しい尿糖計測システムの構築
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24360141
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
矢野 満明 大阪工業大学, 工学部, 教授 (40200563)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小池 一歩 大阪工業大学, 工学部, 准教授 (40351457)
佐々 誠彦 大阪工業大学, 工学部, 教授 (50278561)
筒井 博司 大阪工業大学, 工学部, 教授 (00351453)
大松 繁 大阪工業大学, 工学部, 教授 (30035662)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 先端機能デバイス / 計測工学 / 電子デバイス・機器 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は、低コストで製造できるガラス基板上の酸化亜鉛薄膜を用いて、単結晶シリコン製と同等以上の検出感度を有する溶液ゲート電界効果トランジスタ(SG-FET)素子を作製し、そのゲート電極上に異なる感応膜を固定化した多数の素子をマイクロ流路ならびに液体制御系と組み合わせて透明な分析チップに構成して、尿中の水素イオン濃度・糖濃度・クレアチニン濃度といった「複数成分を同時に」、「その場で」、「連続して」、「短時間で」、「定量的に」測定できる、使い捨てが可能で環境に優しい糖尿病診療支援デバイスを提供することにある。
この目標に対して、H24年度は、プラズマダメージの少ない成膜法である対向ターゲット式スパッタリング装置による成膜条件を検討し、従来のダイオードタイプマグネトロンスパッタリング法よりも格段に特性の良い酸化亜鉛ならびに酸化タンタル薄膜を得ることができた。この薄膜を用いてイオン感応SG-FETを作製し、定電圧動作時のpH感度83μA/pH、定電流動作時のpH感度55mV/pH、ゲート電圧変更時のヒステリシス幅0.1V、定常状態の電流ドリフト±0.5μA以内を実現した。この値は従来法によるイオン感応SG-FETに比較して、感度が5倍に増加、ヒステリシス幅と電流ドリフトは1/10に減少しており、大幅な改善となっている、単結晶シリコン製の市販品と比較した場合、感度は同等以上を達成できているが、ヒステリシス幅と電流ドリフトはまだ一桁大きく、H25年度以降に残された課題となった。
改善されたイオン感応SG-FETをベースに、ゲート表面上へ分子識別機能を有する酵素や抗体を固定化する実験に着手した。また、SG-FETを集積して分析チップを作製するためのMEMS技術の開発も、被検液から粒子を除去するためのフィルタ作製を中心に、順調に進んでいる。さらに、多数のSG-FETからの信号を統一的に処理して定量化するために、現状では未開発のSG-FET素子に代えてガスセンサアレイを用い、特性の異なるセンサーの出力から被検量の特徴量を抽出するアルゴリズムの開発にも着手した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
H24年度の実施計画の眼目である、膜質に優れた成膜法として新しく導入した対向ターゲット式スパッタリング法で作製した薄膜を用いて、従来のダイオードタイプマグネトロンスパッタリング法による薄膜を用いたものよりも、感度が高く動作が安定した溶液ゲート電界効果トランジスタ(SG-FET)の作製が達成できた。また、SG-FETを集積して分析チップを作製するためのMEMS技術の開発も順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度の成果を踏まえてSG-FETの高感度化と高安定化をさらに進め、アレイ状に1枚のガラス基板上に集積化する。各SG-FETのゲート電極上にプロトン受容体や酵素を固定化してイオン感応SG-FET(ISFET)や酵素固定SG-FET(En-FET)に加工し、尿糖分析チップのプロトタイプチップを作製する。また、このプロタイプチップを使っての動作試験を行い、溶液中の「複数成分を同時に」「連続して」計測する実験に着手する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
本年度は、以前に購入していた試薬・原材料を利用して予定のSG-FETが実現できたので消耗品費を繰り越し、次年度の予算と合せて試薬や原材料の購入ならびに多量の実験データを整理するためのアルバイト雇用に充てる。また、研究成果の発表や海外の研究動向を調査する必要が出てきたので、繰り越した予算と本年度配分額を合わせて国際会議に出張する経費に充てる.
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