CMOSペーパークロマトグラフィの創成と超小型バイオセンシング機器への応用展開

• 研究課題/領域番号: 26289111
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 立命館大学
• 研究代表者: 宇野 重康 立命館大学, 理工学部, 教授 (40420369)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 15,990千円 (直接経費: 12,300千円、間接経費: 3,690千円); 2016年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2015年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2014年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
• キーワード: バイオセンサー / 半導体集積回路 / 電気化学 / クロマトグラフィペーパー / CMOS / 電子デバイス・機器 / バイオ関連機器 / マイクロ・ナノデバイス

研究成果の概要

本研究は、半導体集積回路技術とクロマトグラフィーペーパー技術を組み合わせることにより、電気化学的に生体分子を検出することを目的としている。半導体集積回路技術は微細なデバイス構造や電極構造、そして電子回路を微小チップに集積することに長けており、センシングにおける計測・信号処理・通信に不可欠なものである。一方で、クロマトグラフィーペーパーは分析化学・医療分野で既に幅広く用いられており、検体溶液の採取・濾過・輸送・化学反応の場として適している。本研究では、ペーパー電気化学センサー、ペーパー流路、それらの半導体集積回路チップとの統合に関する研究を行い、その知見と可能性を明らかにした。

研究成果

• [国際共同研究] Indian Institute of Technology Hyderabad(インド)
• [雑誌論文] （招待論文）モバイルヘルスケアのためのCMOS集積回路とペーパーバイオセンサーの統合 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宇野重康, 河原翔梧, 藤本拓也, 釜堀政男
  • 雑誌名: 電子情報通信学会和文論文誌 巻: J101-C ページ: 156-165
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Redox Cycling Realized in Paper-Based Biochemical Sensor for Selective Detection of Reversible Redox Molecules Without Micro/Nano Fabrication Process (2018)
  • 著者名/発表者名: So Yamamoto, Shigeyasu Uno
  • 雑誌名: Sensors 巻: 18 号: 3 ページ: 730-742
  • DOI: 10.3390/s18030730
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Improvement in Limit of Detection of Enzymatic Biogas Sensor Utilizing Chromatography Paper for Breath Analysis (2018)
  • 著者名/発表者名: Masanobu Motooka, Shigeyasu Uno
  • 雑誌名: Sensors 巻: 18 号: 2 ページ: 440-449
  • DOI: 10.3390/s18020440
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Paper-based Potentiometric pH Sensor using Carbon Electrode Drawn by Pencil (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryotaro Kawahara, Parikshit Sahatiya, Sushmee Badhulika and Shigeyasu Uno
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 57 号: 4S ページ: 04FM08-04FM08
  • DOI: 10.7567/jjap.57.04fm08
  • NAID: 210000148980
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] An Electrochemical Gas Biosensor Based on Enzymes Immobilized on Chromatography Paper for Ethanol Vapor Detection (2017)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi Kuretake, Shogo Kawahara, Masanobu Motooka and Shigeyasu Uno
  • 雑誌名: Sensors 巻: 17 号: 2 ページ: 281-281
  • DOI: 10.3390/s17020281
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Potentiometric Glucose Detection by Paper-based Electrochemical Sensor on CMOS Chip (2017)
  • 著者名/発表者名: Katsuyuki Yamaoka, Jun Eguchi, and Shigeyasu Uno
  • 雑誌名: TELKOMNIKA 巻: 15 号: 2 ページ: 836-836
  • DOI: 10.12928/telkomnika.v15i1.6129
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electrochemical Redox Cycling Realized by Chromatography Paper-based Sensor (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenichi Fukayama, Sou Yamamoto, Shigeyasu Uno
  • 雑誌名: TELKOMNIKA 巻: 15 号: 2 ページ: 842-842
  • DOI: 10.12928/telkomnika.v15i1.6130
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Simultaneous Electrochemical Measurement using Paper Fluidic Channel on CMOS Chip (2017)
  • 著者名/発表者名: Jun Eguchi, Katsuyuki Yamaoka, Shigeyasu Uno
  • 雑誌名: TELKOMNIKA 巻: 15 号: 2 ページ: 847-847
  • DOI: 10.12928/telkomnika.v15i1.6131
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Portable Electrochemical Gas Sensing System with a Paper-Based Enzyme Electrode (2017)
  • 著者名/発表者名: Shogo Kawahara, Yukio Fuchigami, Shoji Shimokawa, Yousuke Nakamura, Tatsumi Kuretake, Masao Kamahori, Shigeyasu Uno
  • 雑誌名: TELKOMNIKA 巻: 15 号: 2 ページ: 895-895
  • DOI: 10.12928/telkomnika.v15i1.6142
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Portable Electrochemical Sensing System Attached to Smartphones and Its Incorporation with Paper-based Electrochemical Glucose Sensor (2017)
  • 著者名/発表者名: Takuya Fujimoto, Shogo Kawahara, Yukio Fuchigami, Shoji Shimokawa, Yosuke Nakamura, Kenichi Fukayama, Masao Kamahori, Shigeyasu Uno
  • 雑誌名: International Journal of Electrical and Computer Engineering 巻: 7
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Impedance Analysis of Colloidal Gold Nanoparticles in Chromatography Paper for Quantitation of an Immunochromatographic Assay (2016)
  • 著者名/発表者名: Fumitaka Hori, Yuji Harada, Tatsumi Kuretake, and Shigeyasu Uno
  • 雑誌名: Analytical Sciences 巻: 32 号: 3 ページ: 355-359
  • DOI: 10.2116/analsci.32.355
  • NAID: 130005131639
  • ISSN: 0910-6340, 1348-2246
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Electrochemical Biosensors based on CMOS LSI Chips (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Uno
  • 学会等名: 233rd ECS Meeting, Seattle, USA (May 15 2018), 1471 (to be presented)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Paper-based Potentiometric pH Sensor using Carbon Electrode Drawn by Pencil (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Kawahara, P. Sahatiya, S. Badhulika and S. Uno
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2017), Sendai, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Redox Cycling Realized in Paper-based Electrochemical Biosensor for highly-selective Detection of Potassium Ferrocyanide in the presence of Ascorbic Acid (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Yamamoto and S. Uno
  • 学会等名: 5th International Symposium on Sensor Science (I3S2017), Barcelona, Spain (September 27, 2017), S1-5.
  • 国際学会
• [学会発表] Improvement in Limit of Detection of Paper-Based Electrochemical Enzymatic Biogas Sensor (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Motooka and S. Uno
  • 学会等名: 5th International Symposium on Sensor Science (I3S2017), Barcelona, Spain (September 27, 2017), P-9.
  • 国際学会
• [学会発表] Electrochemical Current Measurement by CMOS Potentiostat Integrating Chrompatography Paper Fluidic Channel and CMOS LSI Chip for Small Biosensors (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Eguchi, K. Yamaoka and S. Uno
  • 学会等名: 5th International Symposium on Sensor Science (I3S2017), Barcelona, Spain(September 27, 2017), P-53.
  • 国際学会
• [学会発表] Enhancement of Electrochemical Current by Redox Cycling Realized by Chromatography Paper-based Biochemical Sensor (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Fukayama, S. Uno, and S. Yamamoto
  • 学会等名: The International Conference on Electrical, Electronic, Communication and Control Engineering
  • 発表場所: Johor Bahru, Malaysia
  • 年月日: 2016-12-19
  • 国際学会
• [学会発表] Potentiometric Detection of Glucose in Liquid Sample by Chromatography Paper Fluidic Channel and CMOS LSI Chip (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Yamaoka, J. Eguchi, and S. Uno
  • 学会等名: The International Conference on Electrical, Electronic, Communication and Control Engineering
  • 発表場所: Johor Bahru, Malaysia
  • 年月日: 2016-12-19
  • 国際学会
• [学会発表] Simultaneous Electrochemical Current Measurement Using Chromatography Paper Fluidic Channel and CMOS LSI Chip for Biosensor Applications (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Eguchi, K. Yamaoka, and S. Uno
  • 学会等名: The International Conference on Electrical, Electronic, Communication and Control Engineering
  • 発表場所: Johor Bahru, Malaysia
  • 年月日: 2016-12-19
  • 国際学会
• [学会発表] Portable Electrochemical Sensing System Attached to Smartphones and Its Incorporation with Paper-based Electrochemical Glucose Sensor (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Fujimoto, S. Kawahara, Y. Fuchigami, S. Shimokawa, Y. Nakamura, K. Fukayama, M. Kamahori, and S. Uno
  • 学会等名: The International Conference on Electrical, Electronic, Communication and Control Engineering
  • 発表場所: Johor Bahru, Malaysia
  • 年月日: 2016-12-19
  • 国際学会
• [学会発表] Electrochemical Quantitative Analysis of Ethanol Gas Using Paper-Based Electrode with Immobilized (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Kawahara, Y. Fuchigami, S. Shimokawa, Y. Nakamura, T. Kuretake, M. Kamahori, and S. Uno
  • 学会等名: The International Conference on Electrical, Electronic, Communication and Control Engineering
  • 発表場所: Johor Bahru, Malaysia
  • 年月日: 2016-12-19
  • 国際学会
• [学会発表] （依頼講演）電気化学的バイオセンサーを用いた簡易迅速診断のためのデバイスと集積回路 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宇野重康
  • 学会等名: 応用物理学会有機分子・バイオエレクトロニクス分科会講習会「バイオセンシングの新展開」
  • 発表場所: 東京理科大学 森戸記念館 （東京都新宿区）
  • 年月日: 2016-11-07
• [学会発表] （依頼講演）モバイルヘルスケアのためのCMOS 集積回路とペーパーバイオセンサーの統合 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宇野重康, 河原翔梧, 藤本拓也, 釜堀政男
  • 学会等名: 2016年電子情報通信学会ソサエティ大会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2016-09-21
• [学会発表] スマートフォン取付型センシングシステムによるクロマトグラフィ―ペーパー酵素電極を用いたエタノールガスの電気化学的検出 (2016)
  • 著者名/発表者名: 河原翔梧, 渕上幸男, 下川翔士, 中村瑛甫, 呉竹龍巳, 釜堀政男, 宇野重康
  • 学会等名: 春季第63回応用物理学会学術講演会, 19p-W331-2
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都目黒区）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] CMOSチップ上微小流路に向けたクロマトグラフィペーパーとシリコーンによる流路作製 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山岡克行, 江口潤, 宇野重康
  • 学会等名: 春季第63回応用物理学会学術講演会, 19p-W331-6
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都目黒区）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] クロマトグラフィーペーパー流路とCMOSバイオセンサチップの統合 (2016)
  • 著者名/発表者名: 江口潤, 山岡克行, 宇野重康
  • 学会等名: 春季第63回応用物理学会学術講演会, 19p-W331-7
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都目黒区）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] ペーパーバイオケミカルセンサにおける電極構造 が電気化学特性に与える影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 深山賢一, 宇野重康
  • 学会等名: 秋季第76 回応用物理学会学術講演, 13a-2B-3
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] 針型電極による電気化学インピー ダンス法を用いた溶液中金ナノ粒子の検出 (2015)
  • 著者名/発表者名: 飯田智貴, Qatrun Nada, 宇野重康
  • 学会等名: 秋季第76 回応用物理学会学術講演, 13a-2B-4
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] An Enzymatic Amperometric Alcohol Sensor on CMOS Chip using Carbon Ink Electrode and Chromatography Paper (2014)
  • 著者名/発表者名: Q.N. Hassanuddin, M. Miki, and S. Uno
  • 学会等名: Malaysia Japan Academic Scholar Conference 2014 (MJASC 2014), M14-P20-B
  • 発表場所: 慶應大学（東京都）
  • 年月日: 2014-11-08
• [学会発表] Dependence of Electrochemical Impedance on Latex Beads Density of Electrolytic Solution in Chromatography Paper (2014)
  • 著者名/発表者名: Shohei Iwahara, Yuji Harada, Shigeyasu Uno
  • 学会等名: 10th International Symposium on Electrochemical Micro & Nanosystem Technologies (EMNT2014), P-074
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター（沖縄県）
  • 年月日: 2014-11-06
• [学会発表] Basic Study of Electrochemical Measurement with Chromatography Paper (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuji Harada, Shohei Iwahara, Shigeyasu Uno
  • 学会等名: 10th International Symposium on Electrochemical Micro & Nanosystem Technologies (EMNT2014)
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター（沖縄県）
  • 年月日: 2014-11-06
• [学会発表] クロマトグラフィーペーパー浸透溶液中金ナノ粒子のインピーダンス法による検出 (2014)
  • 著者名/発表者名: 堀文貴, 岩原昇平, 宇野重康
  • 学会等名: 秋季第75回応用物理学会学術講演会, 19p-A2-15
  • 発表場所: 北海道大学（北海道）
  • 年月日: 2014-09-19
• [学会発表] クロマトグラフィーペーパーとフロー制御装置を用いた酵素センサによるアルコールガスの電気化学的検出 (2014)
  • 著者名/発表者名: 呉竹龍巳, Muhammad Syakirin Musa, 宇野重康
  • 学会等名: 秋季第75回応用物理学会学術講演会, 19p-A2-16
  • 発表場所: 北海道大学（北海道）
  • 年月日: 2014-09-19
• [学会発表] クロマトグラフィーペーパーを用いたサイクリックボルタンメトリー測定の基礎実験 (2014)
  • 著者名/発表者名: 原田裕司, 宇野重康
  • 学会等名: 秋季第75回応用物理学会学術講演会, 19p-A2-17
  • 発表場所: 北海道大学（北海道）
  • 年月日: 2014-09-19
• [学会発表] クロマトグラフィーペーパーを用いた電気化学測定のコンピュータシミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 朴康太, 原田裕司, 宇野重康
  • 学会等名: 秋季第75回応用物理学会学術講演会, 19p-A2-18
  • 発表場所: 北海道大学（北海道）
  • 年月日: 2014-09-19
• [学会発表] Electrochemical Impedance Spectroscopy of Colloidal Gold Nanoparticles in Chromatography Paper for Immunochromatographic Assay (2014)
  • 著者名/発表者名: F. Hori and S. Uno
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2014), PS-11-14
  • 発表場所: つくば国際会議場（神奈川県）
  • 年月日: 2014-09-10
• [図書] 細胞・生体分子の固定化と機能発現 （第一章：紙ベースの酵素固定化とバイオケミカルセンサー） (2018)
  • 著者名/発表者名: 宇野重康、河原翔梧、藤本拓也
  • 総ページ数: 294
  • 出版者: シーエムシー出版
  • ISBN: 9784781313269