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バイポーラ電気化学マイクロデバイスの高性能化と高機能化

研究課題

研究課題/領域番号 18H02001
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分34020:分析化学関連
研究機関筑波大学

研究代表者

鈴木 博章  筑波大学, 数理物質系, 教授 (20282337)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2020年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2019年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2018年度: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円)
キーワードバイポーラ電気化学 / 銀/塩化銀 / イオン感応膜 / 金属接続 / クーロメトリー / マイクロフルイディクス / 電位制御 / 電気化学発光 / 3電極系 / レドックスサイクリング / バイオセンシング / 非分極性電極 / 金属置換
研究成果の概要

バイポーラ電気化学は、外部装置とは接続されない孤立した電極(バイポーラ電極)と接触する溶液の界面に電位差を生じさせ、これを酸化還元の駆動力として電気化学反応を解析する新手法である。バイポーラ電極の一部に銀/塩化銀またはナトリウムイオン感応膜を形成してその部分の界面電位を固定し、両極での酸化還元反応を制御した。また、バイポーラ電気化学をもとに、マイクロ電気化学デバイス上で分離された溶液間の電気的接続を、従来の液絡から金属接続に置換できることを示し、高度な集積化電気化学/マイクロフルイディクデバイスの実現の可能性が拓かれた。金属接続は、金属置換クーロメトリーの高感度化にも有効であることを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

従来の3電極系と比べ、バイポーラ電気化学系は多数の分子の一括同時検出に有利であるが、その基本的挙動については未知のところが多かった。本研究では、従来の研究から一歩踏み込んで、バイポーラ電極の挙動をより詳細に解析し、これまで知られていなかった性質を明らかにした。本研究では、電気的に浮いたバイポーラ電極上の界面電位制御を試みたが、これは検出感度の向上等、バイポーラ系の高性能化に有利である。また、この研究を通じて、従来の液絡接続に代わる金属接続という手法が新たに生み出されたが、これは高度な電気化学/マイクロフルイディクデバイスを構築する上での基盤となりうる。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (12件)

  • [雑誌論文] Microfabricated electrochemical sensing devices2020

    • 著者名/発表者名
      F. Sassa, G. C. Biswas, and H. Suzuki
    • 雑誌名

      Lab Chip

      巻: 20 号: 8 ページ: 1358-1389

    • DOI

      10.1039/c9lc01112a

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Active junctions to improve sensitivity and detection limit of a microdevice based on coulometry coupled with silver metallization2019

    • 著者名/発表者名
      I. Anshori, S. Takie, and H. Suzuki
    • 雑誌名

      Electrianalysis

      巻: 31 号: 9 ページ: 1630-1634

    • DOI

      10.1002/elan.201800825

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] バイポーラ電極アレイによる化学イメージング2021

    • 著者名/発表者名
      薛安汝, Nurul Asyikeen Ab Mutalib, 鄧懿, 鈴木博章
    • 学会等名
      令和3年 電気学会全国大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Control of Interfacial Potentials on Bipolar Electrodes Using Ion-Selective Membranes2021

    • 著者名/発表者名
      Nurul Asyikeen Ab Mutalib, Yi Deng, An-Ju Hsueh, and Hiroaki Suzuki
    • 学会等名
      2021年 電気化学会第88回大会(第68回化学センサ研究発表会)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Control of Reactions on Bipolar Electrodes Using Ion-Selective Membrane2020

    • 著者名/発表者名
      Nurul Asyikeen Ab Mutalib, Ken Tsuyuki, Chia-Chien Wu, Hiroaki Suzuki
    • 学会等名
      18th International Meeting on Chemical Sensors
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Microfluidic devices using electrochemical micropumps and microvalves for autonomous solution processing2020

    • 著者名/発表者名
      Chengrui Ma, Hiroaki Suzuki
    • 学会等名
      PRiME 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Control of Reactions on Bipolar Electrodes Using Ion-Selective Membranes2020

    • 著者名/発表者名
      Nurul Asyikeen Ab Mutalib, Chia-Chien Wu, Ken Tsuyuki, Hiroaki Suzuki
    • 学会等名
      PRiME 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] イオン選択性膜によるバイポーラ電極上での 反応制御2020

    • 著者名/発表者名
      Chia-Chien Wu,Nurul Asyikeen Ab Mutalib,露木健、鈴木博章
    • 学会等名
      令和2年電気学会全国大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 微小電気化学デバイスにおける金属接続の効果2019

    • 著者名/発表者名
      佐藤優成,假屋洸希,栗原寿明,鈴木博章
    • 学会等名
      第36回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Control of the Potential on Bipolar Electrodes for Mutiplexed Detection2019

    • 著者名/発表者名
      Nurul Asyikeen Ab Mutalib,Koki Kariya,Toshiaki Kurihara, and Hiroaki Suzuki
    • 学会等名
      第36回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 金属接続された微小3電極系の挙動2019

    • 著者名/発表者名
      佐藤優成、假屋洸希、栗原寿明、鈴木博章
    • 学会等名
      令和元年度E部門総合研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 銀/塩化銀によるバイポーラ電気化学系における電位制御2019

    • 著者名/発表者名
      ヌル アシキン アブ ムタリブ
    • 学会等名
      2019年電気化学会第86回大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 金属接続微小3電極系における参照極の分離2019

    • 著者名/発表者名
      佐藤優成
    • 学会等名
      2019年電気化学会第86回大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 銀/塩化銀によるバイポーラ電極の電位制御2019

    • 著者名/発表者名
      ヌル アシキン アブ ムタリブ
    • 学会等名
      平成31年電気学会全国大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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