2013 Fiscal Year Annual Research Report
ペーパーマイクロ検査チップ及びシステム化技術に関する研究
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25249027
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
三宅 亮 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50417052)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
舟橋 久景 広島大学, サスティナブル・ディベロップメント実践研究センター, 特任講師 (60552429)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | マイクロ流体デバイス / 紙 / 医用検査装置 / 情報機器 |
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| Research Abstract |
平成25年度は、試料・試薬の反応を検出するための計測系技術（①吸光度、②電気化学）、③流体要素の最適構成・配置等の設計技術に関する研究を実施。
具体的には①フローセルへの反射膜形成に向けて、蒸着装置の評価・選定（紙材料への蒸着試験等）を行い、反射膜材料（アルミ、銅、金等）、蒸着条件（膜厚、紙面損傷、剥離防止策等）の探索を実施。さらに試料・試薬の更なる微量化（1μL以下）対応として、熱レンズ効果による吸光度測定の可能性を評価・確認（測定体積0.1μL可）するとともに、フローセル部の設計・製作（レーザー加工で直径1mmのフローセルを紙面上形成）及び光学配置に関する概念設計を実施。
次に②電気化学測定に関しては導電率の観点から電極材料の選定と紙面への形成方法（蒸着、レーザ融着等）の検討を実施。またインピーダンス分光測定（100Hz～50MHz）による凝固反応の検出可否を調べるために電極セルを試作（直径6 ㎜セル、底面電極）、従来目視法に比して短時間（エンドトキシン標準試料＋試薬、30分→～5分以内、試料量：～30μL、濃度：5.0 ～10IU）で凝固反応の検出が可能であることを確認。また紙チップへの実装に向けての条件探索（周波数、反応液量、時間）を実施。
③設計技術に関しては、毛細管力による流動の基本モデル（細管内気相/液相流れ）を作成、それを基に4-16-32流路分岐型毛細管ポンプ設計ツールを開発、流路幅、長さ、表面状態等による流動への影響予測を可能とした。また本設計ツールを用いて、所定時間内（～5分）、所定量の安定吸引が可能な分岐流路、合流部、バルブ配置等について設計を行い、対応する紙チップ（試料液・駆動液ポート各１、ポンプ部：4-16-32流路の順に流路幅300μm、100μm、50μm）を試作、模擬試料を用いて流動実験を行い、所定時間内で流動可能であることを確認した。
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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
平成25年度においては、紙面上の流路における試料・試薬の反応を検出するための計測系技術（吸光度、電気化学）およびペーパー検査チップ要素の最適構成・配置等の設計技術に関する研究を進めることを目標とした。これに対して紙チップ上への反射膜形成のための蒸着装置の選定・評価にやや時間を要したが、導入後には反射膜の形成のための多様な条件探索を加速して実施した。また新たに微量試料・試薬対応として熱レンズ効果による吸光度計測系を提案し、その有効性の確認と概念設計を実施した。電気化学測定のための電極形成については、当初の目標である紙チップ上に有効な導電性を有する電極形成のための作成条件を探索することに加えて、凝固反応に対してインピーダンス分光計測を適用することで短時間に検出可能であることを実際に確認するとともに、設定周波数・液量・時間など条件探索も実施した。検査チップ要素の設計技術については、25年度、26年度に確立し、データの蓄積を図っていくものであるが、その内平成25年度では、基本的な要素である毛細管ポンプや、合流部、バルブなどのモデルを組み合わせた設計ツールを構築し、実際にチップを試作、その有効性の検証を実施している。以上から当初の目標に沿って、概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度は、吸光度、電気化学に関する計測系技術及び設計技術についてデータの蓄積を図るとともに、後半からは具体的に分析項目を定め、それに対応したペーパー検査チップの構造設計及び検査装置の試作を開始する。そのため特に以下の２点の方策を以て推進する。①分析項目に関しては、提案時において、概ねコレステロール、トリグリセドなどメタボリック症候群を対象とした項目や、凝固活性等を想定しているが、更に医療・バイオ関連の学会・展示会等において最新の医療動向等の情報収集を図るとともに、医療機関及び医療機器メーカーと情報交換を積極的に進め、市場性、新規性の両面から対象項目及び所要仕様を絞り込む。②分析チップや計測系などのコア部をサポートするための周辺技術（周辺光学系、試薬滴下技術、ペーパーハンドリング技術・装置等）については、それらを有する専門企業・機関と積極的に連携し、既存の技術や市販の装置の一部を活用することで、研究の加速を図る。また装置設計を進める中で、実用化のための産業財産権の提案を計画的に行う予定である。
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