電界効果を基本原理とした細胞膜電荷分布ナノイメージング技術の創製

• 研究課題/領域番号: 20681015
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: ナノ材料・ナノバイオサイエンス
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 坂田 利弥 東京大学, 大学院・工学系研究科, 准教授 (70399400)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• 研究課題ステータス: 完了 (2010年度)
• 配分額: 25,350千円 (直接経費: 19,500千円、間接経費: 5,850千円); 2010年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2009年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2008年度: 20,020千円 (直接経費: 15,400千円、間接経費: 4,620千円)
• キーワード: 電界効果 / 細胞膜 / 電荷 / プローブ顕微鏡 / イメージング / 半導体 / ナノバイオ / バイオセンシング

研究概要

細胞膜における電荷分布を半導体原理により計測する技術の研究開発を行った。その方法として、原子間力顕微鏡で広く利用されているカンチレバーを改良し、レバー先端を導電性材料(白金)として、これを半導体バイオセンシング技術の電極部となるゲートレバーとして作製した。さらに、それを電極としてmetal oxide semiconductor (MOS)トランジスタに接続することで、半導体原理により、ゲートレバー先端での電荷の変化を計測することに成功した。特に、細胞膜表面はシアル酸等の負電荷が強いため、本手法により細胞膜上の負電荷が計測可能となった。特に、ゲートレバーはAFM によりナノスケールの動きを可能にするため、細胞膜上のタンパク質サイズのスケールを電荷分布として観察可能であることを示した。

研究成果

• [雑誌論文] Continuous Monitoring of Electrical Activity of Pancreatic β-Cells Using Cell-Based Field Effect Transistor (2011)
  • 著者名/発表者名: Toshiya Sakata, Haruyo Sugimoto
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 50(web) ページ: 20216-20216
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real-time and noninvasive monitoring of sea urchin embryo activity using semiconductor devices (2011)
  • 著者名/発表者名: Toshiya Sakata, Izumi Makino, Sayaka Kita
  • 雑誌名: European Biophysics Journal 巻: 40 ページ: 699-704
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of cell/transistor interface for real-time and noninvasive monitoring of potassium ion release based on apoptosis using biologically-coupled field effect transistor (2010)
  • 著者名/発表者名: Taiichiro Murakami, Toshiya Sakata, Akira Matsumoto, Madoka Takai, Kazuhiko Ishihara, Yuji Miyahara
  • 雑誌名: Transactions of the Materials Research Society of Japan 35 ページ: 255-258
  • NAID: 130003398916
• [雑誌論文] Development of cell/transistor interface for real-time and noninvasive monitoring of potassium ion release based on apoptosis using biologically-coupled field effect transistor (2010)
  • 著者名/発表者名: Taiichiro Murakami, Toshiya Sakata, Akira Matsumoto, Madoka Takai, Kazuhiko Ishihara, Yuji Miyahara
  • 雑誌名: Transactions of the Materials Research Society of Japan 巻: 35 ページ: 255-258
  • NAID: 130003398916
  • 査読あり
• [雑誌論文] Capacitance-Voltage Measurement of Transporting Function at Cell Membrane (2009)
  • 著者名/発表者名: Toshiya Sakata, Yuji Miyahara
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Sensors and Micromachines 129 ページ: 242-244
  • NAID: 10025102664
• [雑誌論文] Open sandwich-based immuno-transistor for label-free and highly sensitive detection of low molecular weight antigen (2009)
  • 著者名/発表者名: Toshiya Sakata, Masaki Ihara, Izumi Makino, Yuji Miyahara, Hiroshi Ueda
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 81 ページ: 7532-7537
  • NAID: 210000003650
  • 査読あり
• [雑誌論文] Charged-Nanosphere-Coupled Biotransistor for Highly Sensitive Genetic Analysis (2009)
  • 著者名/発表者名: Toshiya Sakata, Yuji Miyahara
  • 雑誌名: Current Applied Physics 9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detection of molecular charges at cell membrane (2008)
  • 著者名/発表者名: Toshiya Sakata, Yuji Miyahara
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 47 ページ: 368-370
  • NAID: 40015871626
• [雑誌論文] Non-invasive monitoring of transporter-substrate interaction at cell membrane (2008)
  • 著者名/発表者名: Toshiya Sakata, Yuji Miyahara
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 80 ページ: 1493-1496
• [雑誌論文] Electrical Detection Ovum Membrane Charges Using Biotransistor (2008)
  • 著者名/発表者名: Toshiya Sakata, Izumi Makino, Sayaka Kita, Yuji Miyahara
  • 雑誌名: Microelectronics Engineering 85 ページ: 1337-1340
• [雑誌論文] Detection of molecular charges at cell membrane (2008)
  • 著者名/発表者名: Toshiya Sakata and Yuji Miyahara
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 47 ページ: 368-370
  • NAID: 40015871626
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-invasive monitoring of transporter-substrate interaction at cell membrane (2008)
  • 著者名/発表者名: Toshiya Sakata and Yuji Miyahara
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 80 ページ: 1493-1496
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical Detection Ovum Membrane Charges Using Biotransistor (2008)
  • 著者名/発表者名: Toshiya Sakata, Izumi Makino, Sayaka Kita and Yuji Miyahara
  • 雑誌名: Microelectronics Engineering 85 ページ: 1337-1340
  • 査読あり
• [学会発表] 生体機能がスイッチ制御する半導体バイオセンシング技術-診断医療・創薬スクリーニングデバイスへの応用を目指して- (2010)
  • 著者名/発表者名: 坂田利弥
  • 学会等名: 応用電子物性分科会研究例会バイオセンサ・医療デバイス-モノつくりからのアプローチ-
  • 発表場所: 東京(首都大学東京サテライトキャンパス)
  • 年月日: 2010-12-13
• [学会発表] 生体機能がスイッチ制御する半導体バイオセンシング技術～診断医療・創薬スクリーニングデバイスへの応用を目指して～ (2010)
  • 著者名/発表者名: 坂田利弥
  • 学会等名: 応用電子物性分科会研究例会 バイオセンサ・医療デバイス-モノつくりからのアプローチ-
  • 発表場所: 東京(首都大学東京 サテライトキャンパス)
  • 年月日: 2010-12-13
• [学会発表] 半導体バイオセンシング技術と生体機能計測 (2009)
  • 著者名/発表者名: 坂田利弥
  • 学会等名: インテリジェントナノプロセス
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2009-12-18
• [学会発表] バイオ/半導体シングナル変換界面の創製と生体機能計測 (2009)
  • 著者名/発表者名: 坂田利弥
  • 学会等名: コロイドおよび界面化学討論会
  • 発表場所: 岡山理科大
  • 年月日: 2009-09-17
• [学会発表] 生殖補充医療を指向したバイオセンシング技術の検討 (2009)
  • 著者名/発表者名: 坂田利弥
  • 学会等名: A-PART
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-05-30
• [学会発表] バイオトランジスタによるマウス受精卵活性の非侵襲モニタリング" (2009)
  • 著者名/発表者名: 坂田利弥、喜田清、宮原裕二
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] バイオトランジスタによるマウス受精卵活性の非侵襲モニタリング (2009)
  • 著者名/発表者名: 坂田利弥、喜田清、宮原裕二
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] Field Effect-Based Biosensing Devices for Cell Functional Analysis (2008)
  • 著者名/発表者名: Toshiya
  • 学会等名: Materials Research Society (MRS)
  • 発表場所: Boston, USA.
  • 年月日: 2008-12-02
• [学会発表] Field Effect-Based Biosensing Devices for Cell Functional Analysis (2008)
  • 著者名/発表者名: Toshiya Sakata
  • 学会等名: Materials Research Society (MRS)
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2008-12-02
• [備考] ホームページ等
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/biofet/
• [産業財産権] 細胞測定装置 (2010)
  • 発明者名: 坂田利弥
  • 権利者名: 東京大学
  • 出願年月日: 2010-02-05
• [産業財産権] DNA塩基配列解析装置およびDNA塩基配列解析方法 (2010)
  • 発明者名: 坂田利弥
  • 権利者名: 東京大学
  • 産業財産権番号: 2010-209188
  • 出願年月日: 2010-09-17
• [産業財産権] 細胞測定装置 (2010)
  • 発明者名: 坂田利弥
  • 権利者名: 東京大学
  • 産業財産権番号: 2010-024572
  • 出願年月日: 2010-02-05