MEMS-CMOSイメージセンサ技術による非標識マルチモーダルバイオセンサ

• 研究課題/領域番号: 26709025
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 高橋 一浩 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (90549346)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 23,140千円 (直接経費: 17,800千円、間接経費: 5,340千円); 2016年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2015年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円); 2014年度: 12,090千円 (直接経費: 9,300千円、間接経費: 2,790千円)
• キーワード: バイオセンサ / MEMS / ファブリペロー干渉計 / CMOSイメージセンサ / 非標識 / タンパク質 / CMOS集積回路

研究成果の概要

本研究ではCMOSイメージセンサの各画素上に集積化したMEMSファブリペロー干渉計を用いて、タンパク質をはじめとする生体分子同士にはたらく分子間力をとらえることにより、標識を用いずに分子を検出し、さらに吸着分子の構造変化を捉えることが可能なマルチモーダルセンサの開発を行った。その成果として、従来よりも22倍ストレス感度が高い分子間力センサと100倍高感度なMEMS質量センサの作製に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Optomechanical characterization of freestanding stretchable nanosheet based on polystyrene-polybutadiene-polystyrene copolymer (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Kumagai, N. Sato, S. Takeoka, K. Sawada, T. Fujie, and K. Takahashi
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 10 号: 1 ページ: 011601-011601
  • DOI: 10.7567/apex.10.011601
  • NAID: 210000135711
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Development of graphene drum resonator with nanocavity by low-pressure dry transfer technique (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Ishida, T. Iwata, K. Sawada, K. Takahashi
  • 雑誌名: Proc. 30th IEEE Conference on Micro Electro Mechanical Systems 巻: 30 ページ: 928-931
  • DOI: 10.1109/memsys.2017.7863561
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] An elastomer-based MEMS Fabry-Perot interferometer for physical and biological sensing by dry transfer technique (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Takahashi, T. Fujie, N, Sato, S. Takeoka, K. Sawada
  • 雑誌名: Proc. 30th IEEE Conference on Micro Electro Mechanical Systems 巻: 30 ページ: 704-707
  • DOI: 10.1109/memsys.2017.7863505
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Comparative study on the deposition of enzyme-entrappedmembranes with spatial homogeneity for bioimaging (2017)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Iwata, Hideo Doi, Koichi Okumura, Tomoko Horio, Toshiaki Hattori, Kazuhiro Takahashi, Kazuaki Sawada
  • 雑誌名: Sensors and Actuators B: Chemical 巻: Vol.239 ページ: 800-806
  • DOI: 10.1016/j.snb.2016.08.065
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Development of an ATP and hydrogen ion image sensor using a patterned apyrase-immobilized membrane (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. N. Lee, K. Okumura, T. Iwata, K. Takahashi, T. Hattori, M. Ishida, K. Sawada
  • 雑誌名: Talanta 巻: Vol.161 ページ: 41-424
  • DOI: 10.1016/j.talanta.2016.08.070
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] An elastomer-based MEMS Fabry-Perot interferometric surface-stress sensor for biomarker detection (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Teramoto, S. Maruyama, T. Fujie, N. Sato, S. Takeoka, K. Sawada, and K. Takahashi
  • 学会等名: 9th Int. Conf. on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE9)
  • 発表場所: Kanazawa, Japan
  • 年月日: 2017-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] Fabry-Perot interferometric surface-stress sensor with high wavelength selectivity for label-free biosensing (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Takahashi, T. Hizawa, N. Misawa, M. Taki, K. Sawada, and K. Takahashi
  • 学会等名: The 19th Int. Conf. on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers 2017)
  • 発表場所: Kaohsiung, Taiwan
  • 年月日: 2017-06-18
  • 国際学会
• [学会発表] 減圧ドライ転写技術により作製した大面積グラフェン共振器 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石田隼斗，岩田達哉，澤田和明，高橋一浩
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] LSI混載型ファブリペロー干渉計バイオ・ケミカルセンサ (2017)
  • 著者名/発表者名: 丸山智史，飛沢健，高橋一浩，澤田和明
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] エラストマーナノシートを利用した光干渉型表面応力バイオセンサ (2017)
  • 著者名/発表者名: 寺元玲奈，藤枝俊宣，佐藤信孝，武岡真司，澤田和明，高橋一浩
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] 非標識バイオセンシングに向けた高い波長選択性を持つMEMS光干渉型表面応力センサの製作 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高橋利昌，飛沢健，三澤宣雄，瀧美樹，澤田和明，高橋一浩
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] An elastomer-based MEMS Fabry-Perot interferometer for physical and biological sensing by dry transfer technique (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Takahashi, T. Fujie, N, Sato, S. Takeoka, K. Sawada
  • 学会等名: 30th IEEE Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS 2017)
  • 発表場所: Las Vegas, NV, USA
  • 年月日: 2017-01-22
  • 国際学会
• [学会発表] Development of graphene drum resonator with nanocavity by low-pressure dry transfer technique (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Ishida, T. Iwata, K. Sawada, K. Takahashi
  • 学会等名: 30th IEEE Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS 2017)
  • 発表場所: Las Vegas, NV, USA
  • 年月日: 2017-01-22
  • 国際学会
• [学会発表] Surface Stress Evaluation Induced by Biomolecular Adsorption on Freestanding Elastomer Nanosheet (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Teramoto, T. Fujie, N. Sato, S. Takeoka, K. Sawada and K. Takahashi
  • 学会等名: 29th Int. Microprocesses and Nanotechnology Conf. (MNC 2016)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2016-11-08
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication of Microstructures on Dry-transferred Freestanding Graphene for Nanomechanical Resonator (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Go, H. Ishida, K. Sawada and K. Takahashi
  • 学会等名: 29th Int. Microprocesses and Nanotechnology Conf. (MNC 2016)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2016-11-08
  • 国際学会
• [学会発表] MEMS optical interferometric surface-stress sensor for multi-biomarker detection (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Takahashi
  • 学会等名: The Irago Conference 2016
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2016-11-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ドライ転写技術による自立単層グラフェン構造の製作 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石田隼斗，澤田和明，高橋一浩
  • 学会等名: 第33回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
  • 発表場所: 平戸文化センター
  • 年月日: 2016-10-24
• [学会発表] 高分子膜を利用したＭＥＭＳセンサによるバイオマーカー検出 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高橋一浩
  • 学会等名: 第218回有機エレクトロニクス材料研究会
  • 発表場所: 新宿NSビル
  • 年月日: 2016-09-30
  • 招待講演
• [学会発表] 高分子膜を利用したＭＥＭＳセンサによるバイオマーカー検出 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高橋一浩
  • 学会等名: 有機エレクトロニクス材料研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2016-09-30
  • 招待講演
• [学会発表] 光干渉型MEMSセンサによるバイオセンシング (2016)
  • 著者名/発表者名: 高橋一浩
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋期学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ，新潟
  • 年月日: 2016-09-13
  • 招待講演
• [学会発表] ドライ転写技術により印加した自立グラフェンのひずみ評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石田隼斗，澤田和明，高橋一浩
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋期学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ，新潟
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] 高い波長選択性を持つMEMS Fabry-Perot干渉型表面応力センサの瀬一計・製作 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高橋利昌，桝屋善光，石田隼斗，飛沢健，澤田和明，髙橋一浩
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋期学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ，新潟
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] 光干渉型ＭＥＭＳセンサによるバイオセンシング (2016)
  • 著者名/発表者名: 高橋一浩
  • 学会等名: 応用物理学会秋期学術講演大会
  • 発表場所: 新潟
  • 年月日: 2016-09-13
  • 招待講演
• [学会発表] 金ハーフミラーを用いたMEMS光干渉型バイオセンサの波長選択性向上 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高橋利昌，桝屋善光，石田隼斗，澤田和明，高橋一浩
  • 学会等名: 電子情報通信学会電子デバイス研究会
  • 発表場所: 機械振興会館，東京
  • 年月日: 2016-08-09
• [学会発表] Fabrication and evaluation of freestanding stretchable nanosheet for optical MEMS application (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Kumagai, N. Sato, S. Takeoka, K. Sawada, T. Fujie and K. Takahashi
  • 学会等名: IEEE 2016 Int. Conf. on Optical MEMS and Nanophotonics
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2016-07-31
  • 国際学会
• [学会発表] Edge-clamped graphene diaphragm with nano cavity using dry transfer technique (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Ishida, K. Sawada, M. Ishida, and K. Takahashi
  • 学会等名: Asia-Pacific Conference of Transducers and Micro-Nano Technology 2016 (APCOT 2016)
  • 発表場所: Kanazawa, Japan
  • 年月日: 2016-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] Estimation of strain in freestanding graphene developed by dry transfer technique (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Ishida, K. Sawada, M. Ishida, and K. Takahashi
  • 学会等名: 7th International Symposium on Control of Semiconductor Interfaces /International SiGe Technology (ISCSI-VII/ISTDM2016)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2016-06-07
  • 国際学会
• [学会発表] ドライ転写技術によるナノキャビティ上へのCVD単層グラフェンダイアフラムの製作 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石田隼斗，澤田和明，石田誠，高橋一浩
  • 学会等名: 電子情報通信学会 シリコン材料・デバイス研究会
  • 発表場所: 静岡大学 浜松キャンパス
  • 年月日: 2016-05-19
• [学会発表] マイクロ流路を一体化した MEMS 光干渉型表面応力センサによる生体分子計測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 桝屋善光，小澤遼，石田誠，澤田和明，高橋一浩
  • 学会等名: 第32回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
  • 発表場所: 朱鷺メッセ，新潟
  • 年月日: 2015-10-28
• [学会発表] Fast mechanical biosensing in liquid using MEMS Fabry-Perot interferometric surface-stress sensor (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Masuya, R. Ozawa, M. Ishida, K. Sawada, and K. Takahashi
  • 学会等名: 18th Int. Conf. on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers’15)
  • 発表場所: Anchorage, Alaska, USA
  • 年月日: 2015-06-21
  • 国際学会
• [学会発表] Development of nanocavity sealing process for MEMS optical interferometric biosensor (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Takahashi, Y. Masuya, R. Ozawa, M. Ishida, and K. Sawada
  • 学会等名: 2015 Int. Conf. on Electronics Packaging & iMAPS All Asia Conf.
  • 発表場所: kyoto
  • 年月日: 2015-04-14 – 2015-04-17
• [学会発表] Development of nanocavity sealing process for MEMS optical interferometric biosensor (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Takahashi, Y. Masuya, R. Ozawa, M. Ishida, and K. Sawada
  • 学会等名: 2015 Int. Conf. on Electronics Packaging & iMAPS All Asia Conf.
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2015-04-14
  • 国際学会
• [学会発表] マイクロ流路を一体化したMEMS Fabry-Perot干渉型表面応力センサの製作 (2015)
  • 著者名/発表者名: 桝屋善光，小澤遼，石田誠，澤田和明，髙橋一浩
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] リング型PZT電極を用いたMEMS共振センサの製作 (2015)
  • 著者名/発表者名: 髙橋一浩，石田誠，澤田和明
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] ＭＥＭＳ光干渉計を利用した表面応力センサにおける分子吸着に対するダイアフラムの変形評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 髙橋一浩，小澤遼，石田誠，澤田和明
  • 学会等名: 第31回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
  • 発表場所: くにびきメッセ、松江
  • 年月日: 2014-10-20 – 2014-10-22
• [学会発表] Estimation of diaphragm deformation induced by molecular adsorption on MEMS optical interferometric biosensor (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Takahashi, R. Ozawa, M. Ishida, and K. Sawada
  • 学会等名: Int. Conf. on Optical MEMS & Nanophotonics 2014
  • 発表場所: Glasgow, Scotland
  • 年月日: 2014-08-17 – 2014-08-21
• [学会発表] 多層グラフェンブリッジを用いたＭＥＭＳ共振型質量センサ (2014)
  • 著者名/発表者名: 石田隼斗，髙橋一浩，大橋亮太，石田誠，澤田和明
  • 学会等名: 第5回集積化ＭＥＭＳ技術研究ワークショップ
  • 発表場所: 豊橋技術科学大学ＶＢＬ
  • 年月日: 2014-07-11
• [学会発表] Fabry-Perot干渉型バイオセンサにおける生体分子吸着に対するParylene-Cダイアフラム変形評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 桝屋善光，高橋一浩，小澤遼，石田誠，澤田和明
  • 学会等名: 電子情報通信学会電子デバイス研究会
  • 発表場所: 豊橋技術科学大学ＶＢＬ
  • 年月日: 2014-07-10 – 2014-07-11
• [学会発表] Highly sensitive MEMS Fabry-Perot interferometric biosensor with Ag half-mirror and responsivity photodiode (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Masuya, K. Takahashi, R. Ozawa, T. Hizawa, M. Ishida, and K. Sawada
  • 学会等名: 7th Asia-Pacific Conference on Transducers and Micro/Nano Technologies
  • 発表場所: Daegu, Korea
  • 年月日: 2014-06-29 – 2014-07-02
• [学会発表] Fabrication of large area graphene resonator for capacitive mass sensing (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Ohashi, K. Takahashi, M. Ishida, and K. Sawada
  • 学会等名: 7th Asia-Pacific Conference on Transducers and Micro/Nano Technologies
  • 発表場所: Daegu, Korea
  • 年月日: 2014-06-29 – 2014-07-02
• [学会発表] Piezoelectric MEMS resonator based on PZT thin films for chemical and biological sensing (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Takahashi, C. Sasaki, M. Tani, T. Koyama, M. Akamatsu, Y. Yasuda, M. Ishida, and K. Sawada
  • 学会等名: 7th Asia-Pacific Conference on Transducers and Micro/Nano Technologies
  • 発表場所: Daegu, Korea
  • 年月日: 2014-06-29 – 2014-07-02
• [学会発表] 高い波長選択性を持つMEMS Fabry-Perot干渉計を用いた表面応力セン (2014)
  • 著者名/発表者名: 桝屋善光，高橋一浩，小澤遼，飛沢健，石田誠，澤田和明
  • 学会等名: 平成26年度電気学会センサ・マイクロマシン部門総合研究会
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所
  • 年月日: 2014-05-27 – 2014-05-28
• [学会発表] 多層グラフェンを用いたＭＥＭＳ共振器の作製と質量計測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 髙橋一浩，大橋亮太，石田誠，澤田和明
  • 学会等名: 平成26年度電気学会センサ・マイクロマシン部門総合研究会
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所
  • 年月日: 2014-05-27 – 2014-05-28
• [図書] IoT/CPS/M2M応用市場とデバイス・材料技術 第6章 第4節「スマートセンサの開発と応用展望」 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高橋一浩，澤田和明 (監修 櫻井貴康)
  • 総ページ数: 10
  • 出版者: Ｓ＆Ｔ出版
• [図書] 今後の超高齢化社会に求められる生活支援（医療・福祉・介護・リハビリ）ロボット技術 第4章第2節第8項「集積回路技術とセンサ技術を融合した種々のスマートセンサ」 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高橋一浩，澤田和明 （監修 寺嶋一彦）
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 情報機構
• [図書] IoT/CPS/M2M応用市場とデバイス・材料技術（第６章、第４節 スマートセンサの開発と応用展望） (2015)
  • 著者名/発表者名: 高橋一浩，澤田和明
  • 総ページ数: 10
  • 出版者: Ｓ＆Ｔ出版
• [備考]
  • URL: http://int.ee.tut.ac.jp/icg/wp/
• [備考]
  • URL: http://int.ee.tut.ac.jp/icg/wp/
• [産業財産権] 物理・化学センサ、物理・化学センサアレイおよび物理・化学センシングデバイス (2016)
  • 発明者名: 高橋一浩
  • 権利者名: 豊橋技術科学大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2016-03-04
  • 外国
• [産業財産権] 物理・化学センサアレイおよび物理・化学センシングデバイス (2015)
  • 発明者名: 高橋一浩
  • 権利者名: 国立大学法人豊橋技術科学大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2015-050715
  • 出願年月日: 2015-03-13
• [産業財産権] 物理・化学センサおよび物理・化学現象センシングデバイスならびにこれらの製造方法 (2014)
  • 発明者名: 高橋一浩，小澤遼，澤田和明
  • 権利者名: 国立大学法人豊橋技術科学大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2014-085931
  • 出願年月日: 2014-04-17