2013 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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| 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、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複数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チップに構成し、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。
H25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を用い、従来のマグネトロン式スパッタリング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の薄膜を得た。この薄膜を用いてイオン感応SG-FETを作製し、単結晶シリコン製の市販品と同等以上の特性を実現した。また、酸化亜鉛が可視光に透明であるため、シリコン製と異なり、遮光しなくとも外部光による測定誤差を生じないことを実証した。
このイオン感応型SG-FETのゲート表面にグルコース酸化酵素を固定化し、電解質溶液中3～280mmol/Lの糖を濃度の対数に比例するドレイン電流の変化として検出した。また、同時に測定する健康指標マーカとして免疫グロブリンを選定し、ゲート表面に抗体アプタマを固定化することにより、0.3～25μmol/Lのγ免疫グロブリンを濃度の対数として検出することに成功した。
より高感度のSG-FETを実現する候補材料として酸化モリブデンに注目し、その単結晶薄膜の成長と基本特性を検討した。また、ガラス基板上にマイクロ流路を構成し、流体中の固形物をろ過するフィルタの特性を検討した。さらに、類似の測定信号処理を要する分析システムを例に、検出信号の知的処理を行うアルゴリズムの開発に着手した。
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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
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、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）を作製し、光照射エラーが無く単結晶シリコン製のものと同等以上の特性を有するイオン感応SG-FETを実現した。さらに、このイオン感応SG-FETのゲート電極上に糖酸化酵素を固定化した糖濃度センサ、免疫グロブリンアプタマを固定化した免疫グロブリンセンサを試作し、実用上に要求される感度を有することを確認した。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、分析チップからの電気信号を解析して特徴量を抽出するアルゴリズムの開発もほぼ順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までの成果を踏まえて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や酵素固定SG-FETに加工し、電気信号の取り出し電極を形成後、流路やバルブを型どりしたプラスチックシートを被覆・圧着して、尿糖分析MEMSチップのプロトタイプを作製する。このプロタイプチップを使って動作試験を行い、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。また、異なる特性のセンサからの電気信号を解析して特徴量の抽出を高速で行うアルゴリズムを、具体的な測定結果に基づいて開発する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
実験に使用する試薬の価格が予定より安価であったこと、ならびに、試薬の有効利用により消費量を抑えることができたことにより、物品費（消耗品費）の節約が図れたため。
来年度の予算に繰り越し、今後の研究に必要な試薬の購入や、研究成果発表のための出張旅費に充当する。
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