2017 年度実施状況報告書

生活習慣病予防を目的とした簡易血液粘度測定用マイクロ流体チップの研究

研究課題

研究課題/領域番号	17K01415
研究機関	九州工業大学
研究代表者	坂本憲児九州工業大学, マイクロ化総合技術センター, 准教授 (10379290)
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード	マイクロ流路 / 検査・診断システム / 粘度測定装置 / 血球分離
研究実績の概要	本研究では、医療費増加の大きな原因となっている生活習慣病の予防を目的とし、そのリスク要因である食後高脂血症や糖尿病を簡便に判定できる簡易血液粘度測定装置を開発し、患者のセルフメディケーションを支援する。本研究期間では簡易血液粘度測定装置のために、①血液1滴（1μL程度）で全血および血漿の粘度測定を可能にするマイクロ流体チップの研究、②マイクロ流体チップ上で全血成分から血漿成分を測定するための血球分離機構の研究、③マイクロ流体チップの大量生産化研究の３つに関して取り組んでいる。本研究の粘度測定では、サンプル血液の電気伝導率から粘度を導出する。しかし、全血の電気伝導率の測定では、測定結果が安定しないという問題が生じている。これは血球成分が電気伝導に影響を及ぼすためと考えられており、血液の粘度を評価するためには血漿成分のみの電気伝導率評価を行わなければならない。この問題を解決するために、サンプル血液より血球分離を行い血漿の電気伝導率を評価するマイクロ流体チップの研究が必要である（課題②）。H29年度はこの課題に取り組んだ。マイクロ流路内の流動の中で、血球をトラップする構造体を調べ、約30mmの流路中で約5千個の血球細胞のトラップが可能な流路の設計を行った。また、本研究ではポンプレスな簡易測定装置を目指しており、毛細管力による送液システムを検討している。そのため、マイクロ流路内壁の接触角および内壁の表面処理が重要となり、毛細管力送液の可能なマイクロ流路の作製が課題となっている（課題①）。H29年度では、流路の表面処理方法を検討し、25mmのマイクロ流路を約5秒以下で送液可能にした。
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 H29年度は①のマイクロ流体チップの課題と②の血球分離構造の研究に取り組んだ。②の血球分離構造の研究では、幅3～5μmのギャップを持つトラップ構造体で血球細胞のトラップが出来る事が調べられた。この結果を用いて、約5千個の血球細胞のトラップが可能なスライドガラスサイズ（約70mm）の測定用流路の設計を行った。現在はこの設計を元にマスク作製とテストチップの作製を進めている。幅3～5μmのギャップを持つトラップ構造体を作るには微細な加工が必要になる。そのためMEMS工程のシリコン深堀エッチングを用いてトラップ構造体を持つ鋳型を形成し、それを用いて樹脂形成を行う。現在、この鋳型形成に最適な深堀エッチング手法の検討を進めている。また①のマイクロ流体チップの作製では、矩形流路を用いて毛細管送液でサンプル搬送可能な流路の表面状態の研究を行った。シリコーンゴム製のマイクロ流路内壁に、形質転換用試薬を塗布する表面処理方法を考案し、これによりマイクロ流路の壁面を親水化する事に成功した。その結果、25mmのマイクロ流路を約5秒以下で流す事が出来た。この表面処理方法は、②の血球分離構造体を持つマイクロ流路にも適用する事が可能であり、H30年度以降の成果に繋がると考えられる。現在は多数のチップを効率良く表面処理するために、処理方法の部分的な自動化を検討しており、本年度中に構築し、試作チップ数と実験データ数を増やす予定である。
今後の研究の推進方策	昨年度研究を進めた血球トラップ構造では、血球による目詰まりが起こる可能性も検討しなければならない。またこのトラップ構造体はマイクロ流路中の流動速度を低下させる流体抵抗になる。毛細管力送液を使うため流動の駆動力は弱く、トラップ構造体を通過出来ずに血液の凝固が起こり流動が止まる可能性も考えられる。H30年度はこれらの場合を想定し、別の血球の分離方法を考案し準備する。この方法としては、血球が流動中に重力の影響を受ける性質を利用し、流動の上層部（上澄み）から血漿成分を分ける手法を考案している。血球のサイズを考慮すると、全血の流動の上層部数μmをバイパスチャネルへ分ける事より血球の分離が可能である。これは半導体微細加工の技術を用いれば実現可能である。この予備の分離方法の研究を並列に進め、血球分離の研究を迅速に遂行できるようにする。また、昨年度考案した表面処理方法を半自動化し、試作マイクロ流路を多数作製し、実験データ数を増やす予定である。実験数を増やす事で試作マイクロ流路の測定のバラつき（主に表面状態起因の流動速度の変動）を評価でき、実用性を議論できるようになる。また、実用可能な範囲まで誤差を抑え込む研究も進める。