| 研究課題/領域番号 |
25220906
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
中里 和郎 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90377804)
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| 研究分担者 |
宇野 重康 立命館大学, 理工学部, 准教授 (40420369)
新津 葵一 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (40584785)
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| 研究期間 (年度) |
2013-05-31 – 2018-03-31
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| キーワード | 化学集積回路 / バイオセンサ集積回路 / オンチップ電気化学計測 / CMOS集積センサ |
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| 研究実績の概要 |
化学反応の検出、化学反応の制御、物質の効率的な輸送を半導体集積回路上で行うことにより様々な化学反応をチップ上に集積した化学集積回路の実現を目的とする。この化学集積回路は、医療・環境・健康への応用が最も期待される分野である。検査診断システムにおいては、その取扱いに専門性を要せず短期間で分析可能で、ユビキタス情報社会と整合性の高いことが求められ、その上で極微の生体分子を検出することが最重要課題である。
化学反応の検出法として化学平衡で決まる酸化還元電位検出法を用い、従来より2桁の信号安定性を達成した。プローブ分子の使用量を少なくし汎用性を高めるため、数10ミクロンのビーズにプローブ分子を固定する方法を用い、グルコースおよびDNA配列の検出に成功した。また、無電界メッキで自己整合的に形成したマイクロ金電極を用い、細胞を1個単位でカウンティングすることに成功した。
センサの最も重要な性能指標はS/N（信号／雑音）比である。S/N比を向上するには、単発の信号を用いるのではなく、平均化した信号を用いることが有効である。平均化は最も優れたローパス・フィルタと言える。電流はキャパシタに電荷として蓄えていくことにより積算することができる。インピーダンスは交流の電流であり、ミキサにより平滑化した後に、ローパス・フィルタ（積算器）に通せばよい。従って、電位を電流に変換できれば、回路を一本化でき、電位・電流・インピーダンス計測を統合することができる。電位を電流に変換する回路を新たに考案し、電位・電流・インピーダンス計測を統合するチップを設計し、試作により基礎データを取得した。
更に、分子の輸送を目的にチップ上で電気泳動を行う回路を設計した。アナログメモリをアレイ状に並べ、任意の電圧を個別に記憶・印加することに成功した。
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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
化学反応の検出については、電位・電流・インピーダンスの電気化学検出を統合し、低雑音化を実現する新たな回路を設計し試作を行い最初の動作を得た。これを用い、生体分子の検出を高精度に行えることを示した。
化学反応の制御と物質の輸送については、電界による方法、温度による方法、磁界による方法を検討し、チップ上で行うための基礎データを取得した。
手のひらに乗りバッテリー動作の試作機を作製し、国際展示会PITTCON2015に出展した。
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| 今後の研究の推進方策 |
化学反応の検出回路については基本構成部が確立したと言える。今後は更にCDS（相関2重サンプリング）等により更なる低雑音化を図る。
化学反応の制御、分子の輸送については、基礎データが出始めたところで、今後、この方面の回路技術、マイクロフルイド技術に研究の重点を移す。
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| 備考 |
国際分析機器展 PITTCON2015 ), 2015年3月9日―3月12日 Booth#330(Nagoya University/BioCMOS)にて展示
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