新原理に基づく電気化学イメージングデバイスの開発

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22245011
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 分析化学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 末永 智一 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 教授 (70173797)
• 研究分担者: 珠玖 仁 東北大学, 大学院・環境科学研究科, 准教授 (10361164) ; 伊野 浩介 東北大学, 大学院・環境科学研究科, 助教 (00509739)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• キーワード: バイオセンサー

研究概要

本研究では、新規原理に基づく新しい電気化学イメージングデバイスを開発した。この手法では、局所的にレドックスサイクルを誘導できるようなデバイス・システムを用いており、これまでに報告されていない新規手法である。我々は、この手法をlocal redox cycling-based electrochemical(LRC-EC)systemと名付け、新規電気化学イメージング法として提案した。
この電極デバイスには、縦電極と横電極がそれぞれn本ずつ配置されている。それぞれの電極に適切な電圧を印加する事で、目的の格子点のみにレドックスサイクルを誘導して、そのシグナルを読み取ることができる。つまり、各格子点を電化学測定点として用いる事ができるため、2n本のコネクタパッドでn2個の電気化学測定点を組み込む事ができる。本研究では、この原理に基づいたデバイスの作製を行い、様々なバイオアッセイに応用した。これにより、DNAやタンパク質、細胞評価などを高感度で迅速、網羅的に電気化学検出する事に成功した。
一連の研究により、新規の電気化学測定・イメージング法を開発する事に成功し、その有効性を確認した。開発したシステムは、バイオセンシングだけでなく各種化学センシングに革命をもたらし、センサ工学の技術体系にも新しい展開を誘起する事が期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Novel electrochemical methodology for activity estimation of alkaline phosphatase based on solubility difference (2012)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Ino, Yusuke Kanno, Toshiharu Arai, Kumi Y. Inoue, Yasufumi Takahashi, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 巻: Vol. 84, No. 18 ページ: 7593-7598
  • DOI: DOI:10.1021/ac301429n
  • 査読あり
• [雑誌論文] Accumulation and detection of secreted proteins from single cells for reporter gene assays using a local redox cycling-basedelectrochemical (LRC-EC) chip device (2012)
  • 著者名/発表者名: Mustafa Sen, Kosuke Ino, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
  • 雑誌名: Lab on a Chip 巻: Vol. 12, No. 21 ページ: 4328-4335
  • DOI: DOI:10.1039/C2LC40674H
  • 査読あり
• [雑誌論文] TomokazuMatsue, Electrochemical detection for dynamic analyses of a redox component in droplets using a local redox cycling-based electrochemical (LRC-EC) chip device (2012)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Ino, Yusuke Kanno, Taku Nishijo, Takehito Goto, Toshiharu Arai, Yasufumi Takahashi, Hitoshi Shiku
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: Vol. 48, No. 68 ページ: 8505-8507
  • DOI: DOI:10.1039/C2CC34264B
  • 査読あり
• [雑誌論文] Topographical and electrochemical nanoscale imaging of living cells using voltage switching mode scanning electrochemical microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasufumi Takahashi, Andrew I. Shevchuk, Pavel Novak, Babak Babakinejad, Julie Macpherson, Patrick R. Unwind, Hitoshi Shiku, Julia Gorelik, David Klenerman, Yuri E. Korchev, Tomokazu Matsue
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: Vol. 109, No. 29 ページ: 11540-11545
  • DOI: DOI:10.1073/pnas.1203570109
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local redox cycling-based electrochemicalchip device with deep microwells for evaluation of embryoid bodies (2012)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Ino, Taku Nishijo, Toshiharu Arai, Yusuke Kanno, Yasufumi Takahashi, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: Vol. 51, No. 27 ページ: 6648-6652
  • DOI: DOI:10.1002/anie.201201602
  • 査読あり
• [雑誌論文] David Klenerman, Yuri E. Korchev1, Multifunctional nanoprobes for nanoscale chemical imaging and localized chemical delivery at surfaces and interfaces (2011)
  • 著者名/発表者名: Yasufumi Takahashi, Andrew I. Shevchuk, Pavel Novak, Yanjun Zhang, Neil Ebejer, Julie V. Macpherson, Patrick R. Unwin, Andrew J. Pollard, Debdulal Roy, Charles A. Clifford, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 50 ページ: 9638-9642
  • DOI: DOI:10.1002/anie.201102796
  • 査読あり
• [雑誌論文] Addressable electrode array device with IDAelectrodes for high-throughput detection (2011)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Ino, Wataru Saito, Masahiro Koide, Taizo Umemura, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
  • 雑誌名: Lab on a Chip 巻: Vol.11, No. 3 ページ: 385-388
  • DOI: DOI:10.1039/C0LC00437E
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous non-contact topography and electrochemical imaging by SECM/SICM featuring ion current feedback regulation (2010)
  • 著者名/発表者名: Yasufumi Takahashi, Andrew I. Shevchuk, Pavel Novak, Yumi Murakami, Hitoshi Shiku, Yuri E. Korchev, Tomokazu Matsue
  • 雑誌名: Journal of American Chemical Society 巻: Vol. 132, No. 29 ページ: 10118-10126
  • DOI: DOI:10.1021/ja1029478
  • 査読あり
• [学会発表] マイクロ/ナノ電極システムを用いたバイオセンシングとバイオイメージング (2013)
  • 著者名/発表者名: 末永智一
  • 学会等名: 日本化学会第93春季年会(招待講演)
  • 発表場所: 草津
  • 年月日: 20130322-25
• [学会発表] マイクロ/ナノ電極システムを用いたバイオセンシングとバイオイメージング (2012)
  • 著者名/発表者名: 末永智一
  • 学会等名: 第32回表面科学会学術講演会(招待講演)
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2012-11-22
• [学会発表] Bioelectrochemistry:fundamentals and applications (2011)
  • 著者名/発表者名: Tomokazu Matsue
  • 学会等名: ISE 62nd Annual Meeting(招待講演)
  • 発表場所: Niigata
  • 年月日: 20110911-16
• [学会発表] Bioelectrochemical imaging with micro/nanoelectrode systems (2011)
  • 著者名/発表者名: Tomokazu Matsue
  • 学会等名: IEEE International Nano Electronics Coference 2011(招待講演)
  • 発表場所: Taipei,Taiwan
  • 年月日: 20110621-24
• [学会発表] Bioimaging with integrated electrochemical devices (2011)
  • 著者名/発表者名: Tomokazu Matsue
  • 学会等名: XXI International Symposium on Bioelectrochemistry and Bioenergetics 2011(招待講演)
  • 発表場所: Cracow, Poland
  • 年月日: 20110508-12
• [図書] 酵素活用ハンドブック,エヌ・ティー・エス (2010)
  • 著者名/発表者名: 末永智一,高橋康史,伊野浩介,珠玖仁
  • 総ページ数: 112-116
  • 出版者: 走査型電気化学顕微鏡による酵素イメージング
• [図書] 単一細胞由来mRNA回収マイクロプローブの開発,"シングルセル解析の最前線第4章mRNAをターゲットとしたデジタル精密計測技術の開発" (2010)
  • 著者名/発表者名: 珠玖仁,伊野浩介,末永智一
  • 総ページ数: 223-228
  • 出版者: シーエムシー出版
• [備考] (1)プレスリリース:細胞活性の網羅的モニタリングを可能にする微小チップの開発
  • URL: http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2012/06/press20120605-01.html
• [備考] (2)プレスリリース:生きている細胞表面の構造と化学物質濃度をナノスケールで可視化
  • URL: http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2012/06/press20120601-01.html
• [産業財産権] 電気化学計測チップ用電極装置 (2012)
  • 発明者名: 須田篤史, 木村龍男, 國方亮太, 末永智一
  • 権利者名: 須田篤史, 木村龍男, 國方亮太, 末永智一
  • 産業財産権番号: 特許、特願4996738
  • 出願年月日: 2012-05-18
• [産業財産権] 電気化学計測チップ用電極装置 (2012)
  • 発明者名: 須田篤史, 木村龍男, 國方亮太, 伊野浩介,末永智一
  • 権利者名: 須田篤史, 木村龍男, 國方亮太, 伊野浩介,末永智一
  • 産業財産権番号: 特許、特願4933656
  • 出願年月日: 2012-02-04
• [産業財産権] Electrode device for an electrochemical sensor chip (2011)
  • 発明者名: Atsushi Suda, Tatsuo Kimura, RyotaKunikata, Tomokazu Matsue
  • 権利者名: Atsushi Suda, Tatsuo Kimura, RyotaKunikata, Tomokazu Matsue
  • 産業財産権番号: 特許、特願13/311,237
  • 出願年月日: 2011-12-05
  • 外国
• [産業財産権] Electrode device for an electrochemical sensor chip (2011)
  • 発明者名: Atsushi Suda, Tatsuo Kimura, Ryota Kunikata, Kumi Inoue, Tomokazu Matsue
  • 権利者名: Atsushi Suda, Tatsuo Kimura, Ryota Kunikata, Kumi Inoue, Tomokazu Matsue
  • 産業財産権番号: 特許、特願13/311,270
  • 出願年月日: 2011-12-05
  • 外国
• [産業財産権] Electrode device for an electrochemical sensor chip (2011)
  • 発明者名: Atsushi Suda, Tatsuo Kimura, Ryota Kunikata, Kosuke Ino, Tomokazu Matsue
  • 権利者名: Atsushi Suda, Tatsuo Kimura, Ryota Kunikata, Kosuke Ino, Tomokazu Matsue
  • 産業財産権番号: 特許、特願13/311,255
  • 出願年月日: 2011-12-05
  • 外国
• [産業財産権] ウェルユニット及び電気化学的分 析方法 (2010)
  • 発明者名: 青柳重夫, 内海陽介, 末永智一, 珠 玖仁, 阿部宏之, 河野浩之, 柏崎 寿宣, 星宏良, 星翼
  • 権利者名: 青柳重夫, 内海陽介, 末永智一, 珠 玖仁, 阿部宏之, 河野浩之, 柏崎 寿宣, 星宏良, 星翼
  • 産業財産権番号: 特許、特願2010-208817
  • 出願年月日: 2010-09-17