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2016 Fiscal Year Annual Research Report

A label-free multi-modal biosensor using MEMS-CMOS image sensor technology

Research Project

Project/Area Number 26709025
Research InstitutionToyohashi University of Technology

Principal Investigator

高橋 一浩  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (90549346)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywordsバイオセンサ / MEMS / ファブリペロー干渉計 / CMOSイメージセンサ / 非標識 / タンパク質
Outline of Annual Research Achievements

センサ可動膜上部・下部に金ハーフミラーを集積して信号変換効率(可動膜変形時の出力信号変化の比)の向上を実現するデバイスの製作を行った。分光測定の結果、従来構造と比較して6.6倍の信号変換効率を実現した。さらに、センサ上にアルブミン抗原10 ug/mLを滴下した時に抗原抗体反応のリアルタイム応答取得に成功した。
次にセンサ感度の向上を目指し、エラストマー製の低ヤング率材料であるポリスチレン-ポリブタジエン-ポリスチレン(SBS)ナノシート(59 MPa)を用いて作製した光干渉計において、ストレス感度を評価した。BSA抗体10 ug/mL の修飾時においてパリレンCを用いた従来構造のスペクトルシフト量は0.0625 nm/minであったが、SBSナノシートを用いた構造では1.41 nm/min程度のシフト量が得られ、約22倍ストレス感度の向上を実証した。
さらに、受容体タンパク質の構造変化応答取得を目的に、カルモジュリンをセンサ上に修飾し、カルシウムイオンに対する応答の評価を行った。1 mMCaCl2に対して20 nm程度のレッドシフトが確認され、分子の構造変化を捉えたことを示唆する結果が得られた。
吸着分子の質量・分子間力の同時測定のため、新規ドライ転写技術により単層グラフェンキャビティ封止構造を形成した。SEM観察、ラマンシフトによりキャビティ中が真空に封止された共振器が作製できた。圧力差によって0.05%の引張ひずみがグラフェン中に印加されていることが確認され、共振特性の向上が期待される。また、直径30~45 umのグラフェン共振器において室温、高真空下で共振周波数0.74~1.36 MHz、Q値83~391の範囲の共振ピークを観測することに成功した。この実測値から算出した質量検出限界は従来の高性能なシリコンNEMS共振器に対し、2桁程度向上できることが示唆された。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (26 results)

All 2017 2016 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Optomechanical characterization of freestanding stretchable nanosheet based on polystyrene-polybutadiene-polystyrene copolymer2017

    • Author(s)
      H. Kumagai, N. Sato, S. Takeoka, K. Sawada, T. Fujie, and K. Takahashi
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 10 Pages: 011601

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/APEX.10.011601

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Development of graphene drum resonator with nanocavity by low-pressure dry transfer technique2017

    • Author(s)
      H. Ishida, T. Iwata, K. Sawada, K. Takahashi
    • Journal Title

      Proc. 30th IEEE Conference on Micro Electro Mechanical Systems

      Volume: 30 Pages: 928-931

    • DOI

      10.1109/MEMSYS.2017.7863561

    • Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] An elastomer-based MEMS Fabry-Perot interferometer for physical and biological sensing by dry transfer technique2017

    • Author(s)
      K. Takahashi, T. Fujie, N, Sato, S. Takeoka, K. Sawada
    • Journal Title

      Proc. 30th IEEE Conference on Micro Electro Mechanical Systems

      Volume: 30 Pages: 704-707

    • DOI

      10.1109/MEMSYS.2017.7863505

    • Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Comparative study on the deposition of enzyme-entrapped membranes with spatial homogeneity for bioimaging2017

    • Author(s)
      T. Iwata, H. Doi, K. Okumura, T. Horio, T. Hattori, K. Takahashi, and K. Sawada
    • Journal Title

      Sensors & Actuators B

      Volume: 239 Pages: 800-806

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.snb.2016.08.065

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of an ATP and hydrogen ion image sensor using a patterned Apyrase-immobilized membrane2016

    • Author(s)
      Y. N. Lee, K. Okumura, T. Iwata, K. Takahashi, T. Hattori, M. Ishida, and K. Sawada
    • Journal Title

      Talanta

      Volume: 161 Pages: 419-424

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.talanta.2016.08.070

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] An elastomer-based MEMS Fabry-Perot interferometric surface-stress sensor for biomarker detection2017

    • Author(s)
      R. Teramoto, S. Maruyama, T. Fujie, N. Sato, S. Takeoka, K. Sawada, and K. Takahashi
    • Organizer
      9th Int. Conf. on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE9)
    • Place of Presentation
      Kanazawa, Japan
    • Year and Date
      2017-06-26 – 2017-06-28
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fabry-Perot interferometric surface-stress sensor with high wavelength selectivity for label-free biosensing2017

    • Author(s)
      T. Takahashi, T. Hizawa, N. Misawa, M. Taki, K. Sawada, and K. Takahashi
    • Organizer
      The 19th Int. Conf. on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers 2017)
    • Place of Presentation
      Kaohsiung, Taiwan
    • Year and Date
      2017-06-18 – 2017-06-22
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 減圧ドライ転写技術により作製した大面積グラフェン共振器2017

    • Author(s)
      石田隼斗,岩田達哉,澤田和明,高橋一浩
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜
    • Year and Date
      2017-03-14 – 2017-03-17
  • [Presentation] LSI混載型ファブリペロー干渉計バイオ・ケミカルセンサ2017

    • Author(s)
      丸山智史,飛沢健,高橋一浩,澤田和明
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜
    • Year and Date
      2017-03-14 – 2017-03-17
  • [Presentation] エラストマーナノシートを利用した光干渉型表面応力バイオセンサ2017

    • Author(s)
      寺元玲奈,藤枝俊宣,佐藤信孝,武岡真司,澤田和明,高橋一浩
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜
    • Year and Date
      2017-03-14 – 2017-03-17
  • [Presentation] 非標識バイオセンシングに向けた高い波長選択性を持つMEMS光干渉型表面応力センサの製作2017

    • Author(s)
      高橋利昌,飛沢健,三澤宣雄,瀧美樹,澤田和明,高橋一浩
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜
    • Year and Date
      2017-03-14 – 2017-03-17
  • [Presentation] An elastomer-based MEMS Fabry-Perot interferometer for physical and biological sensing by dry transfer technique2017

    • Author(s)
      K. Takahashi, T. Fujie, N, Sato, S. Takeoka, K. Sawada
    • Organizer
      30th IEEE Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS 2017)
    • Place of Presentation
      Las Vegas, NV, USA
    • Year and Date
      2017-01-22 – 2017-01-26
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of graphene drum resonator with nanocavity by low-pressure dry transfer technique2017

    • Author(s)
      H. Ishida, T. Iwata, K. Sawada, K. Takahashi
    • Organizer
      30th IEEE Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS 2017)
    • Place of Presentation
      Las Vegas, NV, USA
    • Year and Date
      2017-01-22 – 2017-01-26
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Surface Stress Evaluation Induced by Biomolecular Adsorption on Freestanding Elastomer Nanosheet2016

    • Author(s)
      R. Teramoto, T. Fujie, N. Sato, S. Takeoka, K. Sawada and K. Takahashi
    • Organizer
      29th Int. Microprocesses and Nanotechnology Conf. (MNC 2016)
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Year and Date
      2016-11-08 – 2016-11-11
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fabrication of Microstructures on Dry-transferred Freestanding Graphene for Nanomechanical Resonator2016

    • Author(s)
      K. Go, H. Ishida, K. Sawada and K. Takahashi
    • Organizer
      29th Int. Microprocesses and Nanotechnology Conf. (MNC 2016)
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Year and Date
      2016-11-08 – 2016-11-11
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] MEMS optical interferometric surface-stress sensor for multi-biomarker detection2016

    • Author(s)
      K. Takahashi
    • Organizer
      The Irago Conference 2016
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2016-11-01 – 2016-11-02
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ドライ転写技術による自立単層グラフェン構造の製作2016

    • Author(s)
      石田隼斗,澤田和明,高橋一浩
    • Organizer
      第33回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • Place of Presentation
      平戸文化センター
    • Year and Date
      2016-10-24 – 2016-10-26
  • [Presentation] 高分子膜を利用したMEMSセンサによるバイオマーカー検出2016

    • Author(s)
      高橋一浩
    • Organizer
      第218回有機エレクトロニクス材料研究会
    • Place of Presentation
      新宿NSビル
    • Year and Date
      2016-09-30
    • Invited
  • [Presentation] 光干渉型MEMSセンサによるバイオセンシング2016

    • Author(s)
      高橋一浩
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋期学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ,新潟
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-16
    • Invited
  • [Presentation] ドライ転写技術により印加した自立グラフェンのひずみ評価2016

    • Author(s)
      石田隼斗,澤田和明,高橋一浩
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋期学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ,新潟
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [Presentation] 高い波長選択性を持つMEMS Fabry-Perot干渉型表面応力センサの瀬一計・製作2016

    • Author(s)
      高橋利昌,桝屋善光,石田隼斗,飛沢健,澤田和明,髙橋一浩
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋期学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ,新潟
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [Presentation] 金ハーフミラーを用いたMEMS光干渉型バイオセンサの波長選択性向上2016

    • Author(s)
      高橋利昌,桝屋善光,石田隼斗,澤田和明,高橋一浩
    • Organizer
      電子情報通信学会電子デバイス研究会
    • Place of Presentation
      機械振興会館,東京
    • Year and Date
      2016-08-09 – 2016-08-10
  • [Presentation] Edge-clamped graphene diaphragm with nano cavity using dry transfer technique2016

    • Author(s)
      H. Ishida, K. Sawada, M. Ishida, and K. Takahashi
    • Organizer
      Asia-Pacific Conference of Transducers and Micro-Nano Technology 2016 (APCOT 2016)
    • Place of Presentation
      Kanazawa, Japan
    • Year and Date
      2016-06-26 – 2016-06-29
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Estimation of strain in freestanding graphene developed by dry transfer technique2016

    • Author(s)
      H. Ishida, K. Sawada, M. Ishida, and K. Takahashi
    • Organizer
      7th International Symposium on Control of Semiconductor Interfaces /International SiGe Technology (ISCSI-VII/ISTDM2016)
    • Place of Presentation
      Nagoya, Japan
    • Year and Date
      2016-06-07 – 2016-06-11
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ドライ転写技術によるナノキャビティ上へのCVD単層グラフェンダイアフラムの製作2016

    • Author(s)
      石田隼斗,澤田和明,石田誠,高橋一浩
    • Organizer
      電子情報通信学会 シリコン材料・デバイス研究会
    • Place of Presentation
      静岡大学 浜松キャンパス
    • Year and Date
      2016-05-19 – 2016-05-20
  • [Remarks]

    • URL

      http://int.ee.tut.ac.jp/icg/wp/

URL: 

Published: 2018-01-16  

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