| 研究課題/領域番号 |
20K04506
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21030:計測工学関連
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| 研究機関 | 大阪工業大学 |
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研究代表者 |
小池 一歩 大阪工業大学, 工学部, 教授 (40351457)
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| 研究分担者 |
小山 政俊 大阪工業大学, 工学部, 准教授 (30758636)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
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| キーワード | 拡張ゲートFET / 絹フィブロイン / 酵素固定化 / クレアチニンセンサー / 尿素センサー / バイオセンサー / バイオFET / クレアチニン / 尿素 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
透析治療や腎移植が必要となる慢性腎臓病は心筋梗塞や脳卒中の発症リスクを高めるが、進行するまで症状が無いためサイレントキラーと呼ばれている。透析移行や貧血の指標として知られているクレアチニンと尿素を長時間連続モニタリングできれば、腎機能低下の早期発見につながる。
本研究ではウェアラブル化や健康指標マーカの連続モニタリングに有利な拡張ゲート電界効果トランジスター型バイオセンサーを開発する。酵素の固定化には、シランカップリング剤と絹フィブロインを用いる。被検液中のクレアチニンと尿素を長時間連続モニタリングするためのセンサーを試作し、腎機能低下の早期発見に役立つヘルスケアデバイスを提案する。
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| 研究実績の概要 |
拡張ゲート電極の作製とその表面に酵素を包括固定するための絹フィブロイン薄膜の作製を行った。まず、拡張ゲート電極の基板としてイーグルガラスを採用し、その上に約300nmのTi薄膜を成膜した。そのあと、酸素雰囲気中で450℃・1h熱処理を行い、表面にTiO2を形成した。作製した電極を市販のシリコンMOSFETのゲート端子へ接続し、銀／塩化銀参照電極と拡張ゲート電極を電解液に浸し、電解液中のpH変化に対する電圧応答を調べた。pH感度が40～55mV/pHの範囲でばらつきがあったため、ネルンスト応答（59mV/pH）に近い感度が安定して得られるよう、成膜や熱処理条件を最適化する予定である。次に、拡張ゲート表面へシランカップリング処理を施した後、絹フィブロイン水溶液を用いてスピンコート法で成膜した（絹フィブロインの原料として松田養蚕場のナノフィブロインパウダーを使用）。成膜後、アルコール水溶液で不溶化処理を行ったところ、電解液に長時間浸しても膜が剥がれることはなかった。現在、ウレアーゼやクレアチニンデイミナーゼを含む絹フィブロイン膜を作製し、比色法で酵素活性を調べている最中である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
拡張ゲート電極の作製および絹フィブロインの成膜を行い、拡張ゲート電極へ酵素膜を形成する準備が整いつつある。拡張ゲート電極をMOSFETへ接続してpHセンサーとして機能することも確かめたことから、おおむね順調に進展しているといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
ガラス基板へのTi薄膜の成膜条件と表面酸化のための熱処理条件を最適化する。また、ガラス基板上に酵素（ウレアーゼやクレアチニンデイミナーゼ）を含む絹フィブロイン膜を形成し、比色法で酵素活性を調べる。ここで、高い酵素活性を得るため、絹フィブロインの成膜条件を最適化する。また、MOSFETと酵素膜を形成した拡張ゲート電極を接続して回路を構成し、電解液中に含まれる尿素やクレアチンを電気化学的に検出できることを確かめる。
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