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分子電気化学スイッチ素子の開発と電気化学バイオイメーイングへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 15H05415
研究種目

若手研究(A)

配分区分補助金
研究分野 ナノマイクロシステム
研究機関東北大学

研究代表者

伊野 浩介  東北大学, 工学研究科, 准教授 (00509739)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
24,180千円 (直接経費: 18,600千円、間接経費: 5,580千円)
2017年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2016年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2015年度: 11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円)
キーワード電気化学分析 / バイオ計測 / バイオMEMS / マイクロ・ナノ化学 / 微小電極アレイ / 細胞解析 / ナノ・マイクロ化学 / バイオイメージング
研究成果の概要

本研究では、マイクロナノ空間内の分子拡散と電気化学反応の制御により、トランジスタのような働きをする“分子電気化学スイッチ素子”を開発した。このスイッチング素子の性能評価とこの素子を組み込んだ電気化学デバイス作製を実施し、胚性幹細胞の分化評価や、ガン細胞の呼吸活性のイメージング(可視化)を実現した。また、この概念を拡張して電気化学センサアレイの特徴を生かした新規の電気化学イメージング手法を提案した。例えば、CMOS技術により作製した電極アレイデバイスと電気化学計測を組み合わせて、複数の物質を同時に電気化学イメージングできるシステムを開発した。これにより、種々の細胞機能の可視化に成功した。

報告書

(4件)
  • 2017 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (51件)

すべて 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (15件) (うち国際共著 2件、 査読あり 13件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 6件) 学会発表 (33件) (うち国際学会 14件、 招待講演 8件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] Izmir Katip Celebi University(トルコ)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] Florida International University(米国)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Micropatterning of Nafion Membranes on an Electrode Array Using Photolithographic and Lift-off Techniques for Selective Electrochemical Detection and Signal Accumulation2018

    • 著者名/発表者名
      Terauchi Mayuko、Ino Kosuke、Kanno Yusuke、Imai Shunsuke、Shiku Hitoshi、Matsue Tomokazu
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 47 号: 2 ページ: 204-206

    • DOI

      10.1246/cl.171031

    • NAID

      130006337743

    • ISSN
      0366-7022, 1348-0715
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrochemicolor imaging of endogenous alkaline phosphatase and respiratory activities of mesenchymal stem cell aggregates in early-stage osteodifferentiation2018

    • 著者名/発表者名
      Ino Kosuke、Onodera Takehiro、Kanno Yusuke、Suda Atsushi、Kunikata Ryota、Matsue Tomokazu、Shiku Hitoshi
    • 雑誌名

      Electrochimica Acta

      巻: 268 ページ: 554-561

    • DOI

      10.1016/j.electacta.2018.02.094

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Binary-number-based digital electrochemical detection using a single working electrode with multiple sensors2017

    • 著者名/発表者名
      K. Ino, Y. Kanno, Y. Yamada, H. Shiku, T. Matsue
    • 雑誌名

      Electrochemistry Communications

      巻: 77 ページ: 76-80

    • DOI

      10.1016/j.elecom.2017.02.016

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrochemical motion tracking of microorganisms using a large-scale integration (LSI)-based amperometric device2017

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino, Yusuke Kanno, Kumi Y. Inoue, Atsushi Suda, Ryota Kunikata, Masahki Matsudaira, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 56 号: 24 ページ: 6818-6822

    • DOI

      10.1002/anie.201701541

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Bioelectrochemical applications of microelectrode arrays in cell analysis and engineering2017

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
    • 雑誌名

      Current Opinion in Electrochemistry

      巻: 5 号: 1 ページ: 146-151

    • DOI

      10.1016/j.coelec.2017.08.004

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of oxygen consumption analysis with an on-chip electrochemical device and simulation2017

    • 著者名/発表者名
      Hiramoto Kaoru、Yasumi Masahiro、Ushio Hiroshi、Shunori Atsushi、Ino Kosuke、Shiku Hitoshi、Matsue Tomokazu
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: 89 号: 19 ページ: 10303-10310

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.7b02074

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Micro/nanoelectrochemical probe and chip devices for evaluation of three-dimensional cultured cells2017

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino, Mustafa Sen, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
    • 雑誌名

      Analyst

      巻: 142 号: 23 ページ: 4343-4354

    • DOI

      10.1039/c7an01442b

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Electrochemicolor imaging using an LSI-Based device for multiplexed cell assays2017

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Kanno, Kosuke Ino, Hiroya Abe, Chika Sakamoto, Takehiro Onodera, Kumi Y Inoue, Atsushi Suda, Ryota Kunikata, Masahki Matsudaira, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: 89 号: 23 ページ: 12778-12786

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.7b03042

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Electrochemical Imaging for Single-cell Analysis of Cell Adhesion Using a Collagen-coated Large-scale Integration (LSI)-based Amperometric Device2016

    • 著者名/発表者名
      Abe H, Kanno Y, Ino K, Inoue KY, Suda A, Kunikata R, Matsudaira M, Shiku H, Matsue T
    • 雑誌名

      Electrochemistry

      巻: 84 号: 5 ページ: 364-367

    • DOI

      10.5796/electrochemistry.84.364

    • NAID

      130005150427

    • ISSN
      1344-3542, 2186-2451
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Potentiometric bioimaging with a large-scale integration (LSI)-based electrochemical device for detection of enzyme activity2016

    • 著者名/発表者名
      Kanno Y, Ino K, Sakamoto C, Inoue KY, Matsudaira M, Suda A, Kunikata R, Ishikawa T, Abe H, Shiku H, Matsue T
    • 雑誌名

      Biosens. Bioelectron.

      巻: 77 ページ: 709-714

    • DOI

      10.1016/j.bios.2015.10.021

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Molecular electrochemical switching element based on diffusive molecular competition for multipoint electrochemical detection of respiration activity of cell aggregates2016

    • 著者名/発表者名
      Ino K, Yamada Y, Kanno Y, Imai S, Shiku H, Matsue T
    • 雑誌名

      Sensors and Actuators B: Chemical

      巻: 234 ページ: 201-208

    • DOI

      10.1016/j.snb.2016.04.160

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A local redox cycling-based electrochemical chip device with nanocavities and microwells for multi-electrochemical detection of alkaline phosphatase activity in embryoid bodies from embryonic stem cells2015

    • 著者名/発表者名
      Kanno Y, Ino K, Shiku H, Matsue T
    • 雑誌名

      Lab Chip

      巻: 15 号: 23 ページ: 4404-4414

    • DOI

      10.1039/c5lc01016k

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Electrochemical imaging of dopamine release from three-dimensional-cultured PC12 cells using LSI-based amperometric sensors2015

    • 著者名/発表者名
      Abe H, Ino K, Li CZ, Kanno Y, Inoue KY, Suda A, Kunikata R, Matsudaira M, Takahashi Y, Shiku H, Matsue T
    • 雑誌名

      Anal. Chem.

      巻: 87 号: 12 ページ: 6364-6370

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.5b01307

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Microchemistry- and MEMS-based Integrated Electrochemical Devices for Bioassay Applications2015

    • 著者名/発表者名
      Ino K
    • 雑誌名

      Electrochemistry

      巻: 83 号: 9 ページ: 688-694

    • DOI

      10.5796/electrochemistry.83.688

    • NAID

      130005095965

    • ISSN
      1344-3542, 2186-2451
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 局所レドックスサイクルを用いた電気化学バイオイメージングシステムの開発2015

    • 著者名/発表者名
      伊野浩介、珠玖仁、末永智一
    • 雑誌名

      分析化学

      巻: 64 号: 9 ページ: 669-678

    • DOI

      10.2116/bunsekikagaku.64.669

    • NAID

      130005102583

    • ISSN
      0525-1931
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Integrated electrode array device for cell analysis2018

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino
    • 学会等名
      日本化学会第98春季年会(アジア国際シンポジウム)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] マイクロ・ナノ電気化学デバイスによる細胞活性イメージング2017

    • 著者名/発表者名
      伊野浩介
    • 学会等名
      平成29年度 第1回研究会(マルチモーダルバイオイメージセンサ研究会)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Integrated electrochemical devices based on micro/nano-chemistry for bioassays2017

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino
    • 学会等名
      68th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hydrogel fabrication based on electrodeposition using electrochemical devices2017

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino, Mayuko Terauchi, Atsushi Suda, Ryota Kunikata, Tomokazu Matsue, Hitoshi Shiku
    • 学会等名
      68th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 電気化学カラーイメージングによる細胞呼吸活性、分泌活性、酵素活性評価2017

    • 著者名/発表者名
      伊野浩介、菅野佑介、小野寺岳大、須田篤史、國方亮太、末永智一、珠玖仁
    • 学会等名
      第11回バイオ関連化学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Electrode array devices for evaluation of three-dimensional cultured cells2017

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino, Tomokazu Matsue, Hitoshi Shiku
    • 学会等名
      The International Workshp: New Electroanalytical Techniques and Their Emerging Applications
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] チップデバイスへの多数の電気化学センサの組み込みに関する戦略2017

    • 著者名/発表者名
      伊野浩介、末永智一、珠玖仁
    • 学会等名
      バイオ・マイクロシステム研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] LSI-based electrochemical device for evaluation of respiratory activity of three-dimensional cultured cells2017

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino
    • 学会等名
      The 21st International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 3次元培養細胞の評価に向けた電気化学デバイスの開発2017

    • 著者名/発表者名
      伊野浩介
    • 学会等名
      第5回細胞凝集研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 集積化した電気化学センサデバイスによるバイオ計測2017

    • 著者名/発表者名
      伊野浩介
    • 学会等名
      H29年度 第3回 信州MEMS研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Multi-electrode array device for electrochemical imaging of cell activity2017

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
    • 学会等名
      Pittcon 2017
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] バイオLSIを用いたバイオ計測2017

    • 著者名/発表者名
      伊野浩介
    • 学会等名
      マイクロシステム融合研究開発センターシンポジウム 文部科学省先端融合領域イノベーション創出拠点形成プログラム マイクロシステム融合研究開発拠点成果最終報告会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Electrochemicolor imaging for cell analysis2017

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino, Yusuke Kanno, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
    • 学会等名
      日本化学会第97春季年会(2017)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Micro/nano electrochemical device for bioassays2017

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino
    • 学会等名
      日本化学会第97春季年会(2017)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] マイクロ・ナノ化学に基づく電気化学イメージングデバイスの開発と細胞解析への応用2016

    • 著者名/発表者名
      伊野浩介
    • 学会等名
      日本化学会第96回春季大会(2016)
    • 発表場所
      同志社大学(京都)
    • 年月日
      2016-03-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 電気化学バイオイメージングのカラー化に向けたLSIデバイスの開発2016

    • 著者名/発表者名
      伊野浩介、菅野佑介、須田篤史、國方亮太、松平昌昭 、珠玖仁 、末永智一
    • 学会等名
      日本化学会第96回春季大会(2016)
    • 発表場所
      同志社大学(京都)
    • 年月日
      2016-03-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] マイクロ・ナノ化学に基づく電気化学バイオイメージングデバイス2016

    • 著者名/発表者名
      伊野浩介、珠玖仁、末永智一
    • 学会等名
      バイオ・マイクロシステム研究会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Electrochemical imaging for respiration activity and dopamine release of spheroids using a color amperometric device2016

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino, Yusuke Kanno, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
    • 学会等名
      8th International Symposium on Microchemistry and Microsystems (ISMM2016)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] マイクロ・ナノ電気化学に基づくバイオイメージングデバイス2016

    • 著者名/発表者名
      伊野浩介
    • 学会等名
      2016年度第1回界面ナノ科学研究会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Colorization of electrochemical imaging for cell analysis using a large-scale integration (LSI) device2016

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino, Yusuke Kanno, Kumi Y. Inoue, Atsushi Suda, Ryota Kunikata, Masahki Matsudaira, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
    • 学会等名
      67th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular electrochemical switching with nano- and microstructures2016

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino, Yusuke Kanno, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
    • 学会等名
      67th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Integrated electrochemical imaging device for cell analysis2016

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
    • 学会等名
      第3回アジア分析科学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] アルギン酸カルシウム犠牲層を用いたゼラチンハイドロゲルの3次元構築2016

    • 著者名/発表者名
      伊野浩介、横川裕紀、珠玖仁、末永智一
    • 学会等名
      第68回日本生物工学会大会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Digital electrochemical array detection on a single2016

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
    • 学会等名
      The 20th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (?TAS 2016)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] バイオイメージングに向けた電気化学デバイスの開発2016

    • 著者名/発表者名
      伊野浩介
    • 学会等名
      第3回学産交流ポスターセッション「エレクトロニクスの未来を支える新規素材・技術・プロセス」
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Molecular diffusion-based switching system using microelectrode array2015

    • 著者名/発表者名
      Ino K, Yamada Y, Shiku H, Matsue T
    • 学会等名
      Pacifichem 2015
    • 発表場所
      Hawaii (USA)
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrochemical imaging using molecular consumption-based switching system for evaluation of respiration activity of cell aggregates2015

    • 著者名/発表者名
      Ino K, Yamada Y, Shiku H, Matsue T
    • 学会等名
      The 19th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (µTAS 2015)
    • 発表場所
      Gyeongju (Korea)
    • 年月日
      2015-10-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 分子電気化学スイッチングデバイスを用いた3次元培養組織の呼吸活性イメージング2015

    • 著者名/発表者名
      伊野浩介、山田祐大、菅野佑介、珠玖仁、末永智一
    • 学会等名
      第9回バイオ関連化学シンポジウム ―第30回生体機能関連化学シンポジウム,第18回バイオテクノロジー部会シンポジウム―
    • 発表場所
      熊本大学(熊本)
    • 年月日
      2015-09-10
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Large-scale integration (LSI)-based electrochemical chip device2015

    • 著者名/発表者名
      Ino K, Kanno Y, Abe H, Inoue KY, Matsudaira M, Suda A, Kunikata R, Shiku H, Matsue T
    • 学会等名
      RSC Tokyo International Conference 2015
    • 発表場所
      幕張メッセ(千葉)
    • 年月日
      2015-09-03
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] マイクロ・ナノ化学を利用した電気化学バイオ分析2015

    • 著者名/発表者名
      伊野浩介
    • 学会等名
      平成27年度日本分析化学会東北支部若手交流会
    • 発表場所
      パルセ飯坂(福島)
    • 年月日
      2015-07-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Electrochemical bioimaging using a diffusion control-based electrode array device2015

    • 著者名/発表者名
      Ino K, Yamada Y, Kanno Y, Shiku H, Matsue T
    • 学会等名
      7th International Symposium on Microchemistry and Microsystems (ISMM2015)
    • 発表場所
      京都大学(京都)
    • 年月日
      2015-06-08
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 分子電気化学スイッチング素子を用いた細胞呼吸活性の電気化学イメージング2015

    • 著者名/発表者名
      伊野浩介、山田祐大、菅野佑介、珠玖仁、末永 智一
    • 学会等名
      第75回分析化学討論会
    • 発表場所
      山梨大学(山梨)
    • 年月日
      2015-05-23
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] マイクロ・ナノ化学と電気化学の融合による新規バイオ分析法の開発2015

    • 著者名/発表者名
      伊野浩介
    • 学会等名
      2015年度バイオインダストリー協会賞 発酵と代謝研究奨励賞、化学・生物素材研究開発奨励賞 合同発表会(招待講演)
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(横浜)
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [産業財産権] 電気化学イメージング方法、電気化学測定装置及びトランスデューサ2016

    • 発明者名
      伊野他
    • 権利者名
      伊野他
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-101043
    • 出願年月日
      2016
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2022-10-14  

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