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2017 年度 実績報告書

化学集積回路の創成と医療機器への展開

研究課題

研究課題/領域番号 25220906
研究機関名古屋大学

研究代表者

中里 和郎  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (90377804)

研究分担者 宇野 重康  立命館大学, 理工学部, 教授 (40420369)
新津 葵一  名古屋大学, 工学研究科, 講師 (40584785)
大河内 美奈  東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (70313301)
研究期間 (年度) 2013-05-31 – 2018-03-31
キーワード電子デバイス・集積回路 / バイオセンサ集積回路
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に研究を推進した.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時間で分析可能で,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となる.
化学反応を検出するために,電気化学計測のCMOS集積回路を新たに設計した.化学反応の検出は集積回路として新しい応用であるため、従来の回路技術を用いたのでは不十分である.新たに、サブスレッショルド領域動作、電圧信号では無く電流信号、振幅信号ではなくタイムドメイン信号、の3つの指針を定め、低消費電力・高精度のアナログ集積回路を提案・設計・試作し、その動作を確認した.これにより電位・電流・インピーダンス・光計測を統合したマルチモーダル型64x64センサアレイを設計した.従来の回路を改良すると伴に,電流モードのオンチップ検波回路およびディジタル-アナログ変換回路を新たに設計し,要求性能である10MHzまでのインピーダンスを検出することに成功した.また,化学反応の制御,物質の効率的な輸送のために,ポリイミド保護膜‐SU8マイクロ流路-ステルスダイシングのポストCMOS集積プロセスを開発した.手の平に乗るスタンドアローンの装置を開発し,3umのビーズのインピーダンスによる検出に成功し,おおよそ10個の大腸菌の検出の見通しを得た.

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 11件、 招待講演 1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Design trade-off between spatial resolution and power consumption in CMOS biosensor circuit based on millimeter-wave LC oscillator array2018

    • 著者名/発表者名
      Matsunaga Maya、Kobayashi Atsuki、Nakazato Kazuo、Niitsu Kiichi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 ページ: 03EC02~03EC02

    • DOI

      10.7567/JJAP.57.03EC02

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A 40 GHz fully integrated circuit with a vector network analyzer and a coplanar-line-based detection area for circulating tumor cell analysis using 65 nm CMOS technology2018

    • 著者名/発表者名
      Nakanishi Taiki、Matsunaga Maya、Kobayashi Atsuki、Nakazato Kazuo、Niitsu Kiichi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 ページ: 03EC01~03EC01

    • DOI

      10.7567/JJAP.57.03EC01

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design and Experimental Verification of a 0.19 V 53 μW 65 nm CMOS Integrated Supply-Sensing Sensor With a Supply-Insensitive Temperature Sensor and an Inductive-Coupling Transmitter for a Self-Powered Bio-sensing System Using a Biofuel Cell2017

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Atsuki、Ikeda Kei、Ogawa Yudai、Kai Hiroyuki、Nishizawa Matsuhiko、Nakazato Kazuo、Niitsu Kiichi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems (TBioCAS)

      巻: 11 ページ: 1313~1323

    • DOI

      10.1109/TBCAS.2017.2735447

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical analysis and simulation study of low-power CMOS electrochemical impedance spectroscopy biosensor in 55 nm deeply depleted channel technology for cell-state monitoring2017

    • 著者名/発表者名
      Itakura Keisuke、Kayano Keisuke、Nakazato Kazuo、Niitsu Kiichi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 ページ: 01AG02~01AG02

    • DOI

      10.7567/jjap.57.01ag02

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design and electrochemical measurement of a current-mode analog-to-time converter with short-pulse output capability using local intra-cell activation for high-speed time-domain biosensor array2017

    • 著者名/発表者名
      Ikeda Kei、Kobayashi Atsuki、Nakazato Kazuo、Niitsu Kiichi
    • 雑誌名

      Analog Integrated Circuits and Signal Processing

      巻: 92 ページ: 403~413

    • DOI

      10.1007/s10470-017-1003-6

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Current-Integration-Based CMOS Amperometric Sensor with 1024 × 1024 Bacteria-Sized Microelectrode Array for High-Sensitivity Bacteria Counting2017

    • 著者名/発表者名
      GAMO Kohei、NAKAZATO Kazuo、NIITSU Kiichi
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Electronics

      巻: E100.C ページ: 602~606

    • DOI

      10.1587/transele.E100.C.602

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design and Analysis of Scalability in Current-Mode Analog-to-Time Converter for an Energy-Efficient and High-Resolution CMOS Biosensor Array2017

    • 著者名/発表者名
      IKEDA Kei、KOBAYASHI Atsuki、NAKAZATO Kazuo、NIITSU Kiichi
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Electronics

      巻: E100.C ページ: 597~601

    • DOI

      10.1587/transele.E100.C.597

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sub-1-V CMOS-Based Electrophoresis Using Electroless Gold Plating for Small-Form-Factor Biomolecule Manipulation2017

    • 著者名/発表者名
      YAMAJI Yuuki、NAKAZATO Kazuo、NIITSU Kiichi
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Electronics

      巻: E100.C ページ: 592~596

    • DOI

      10.1587/transele.E100.C.592

    • 査読あり
  • [学会発表] A HIGH-DENSITY INTEGRATED ODORANT SENSOR ARRAY SYSTEM BASED ON INSECT CELLS EXPRESSING INSECT ODORANT RECEPTORS2018

    • 著者名/発表者名
      anato Nagata, Norifumi Kameshiro, Daigo Terutsuki, Hidefumi Mitsuno, Takeshi Sakurai, Kiichi Niitsu, Kazuo Nakazato, Ryohei Kanzaki, and Masahiko Ando
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS 2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Integration of Biochemistry on a Large-scale Integrated Circuit2018

    • 著者名/発表者名
      K. Nakazato
    • 学会等名
      ISPlasma2018 / IC-PLANTS2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Three-Dimensional Millimeter-wave Frequency-shift-based CMOS Biosensor Using Vertically Stacked LC Oscillators2017

    • 著者名/発表者名
      Maya Matsunaga, Taiki Nakanishi, Atsuki Kobayashi, Kazuo Nakazato, and Kiichi Niitsu
    • 学会等名
      IEEE Nordic Circuits and Systems Conference (NorCAS 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] A Fully-Integrated Circulating Tumor Cell Analyzer Using an on-Chip Vector Network Analyzer and a Transmission-Line-Based Detection Window in 65-nm CMOS2017

    • 著者名/発表者名
      Taiki Nakanishi, Maya Matsunaga, Atsuki Kobayashi, Kazuo Nakazato and Kiichi Niitsu
    • 学会等名
      IEEE Biomedical Circuits and Systems Conference (BioCAS 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Application of Magnetic Arrangement of Microbeads for CMOS Biosensor Array Sensitivity2017

    • 著者名/発表者名
      Eizo Ushijima, Satoshi Fujimoto, Kiichi Niitsu, and Kazuo Nakazato
    • 学会等名
      IEEE Biomedical Circuits and Systems Conference (BioCAS 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Wafer-Scale Development of 0.36 mm^2 228mV Open-Circuit-Voltage Solid-State CMOS-Compatible Glucose Fuel Cell for Healthcare IoT Application2017

    • 著者名/発表者名
      Shigeki Arata, Kenya Hayashi, Yuya Nishio, Atsuki Kobayashi, Kazuo Nakazato, and Kiichi Niitsu
    • 学会等名
      International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Enhancement of Open Circuit Voltage and Power of Implantable CMOS-Compatible Glucose Fuel Cell by Employing Pt-Supported on Nanographene in Anodic Catalyst2017

    • 著者名/発表者名
      Kiichi Niitsu, Takashi Ando, Tomoki Amano, Atsuki Kobayashi, Keigo Takeda, Hiroki Kondo, Masaru Hori, and Kazuo Nakazat
    • 学会等名
      International Conf. on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE9)
    • 国際学会
  • [学会発表] A Fully Integrated CMOS Millimeter Wave Biosensor Circuit with An On-Chip Vector Network Analyzer for Circulating Tumor Cell (CTC) Analysis2017

    • 著者名/発表者名
      Taiki Nakanishi, Atsuki Kobayashi, Kazuo Nakazato and Kiichi Niitsu
    • 学会等名
      International Conf. on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE9)
    • 国際学会
  • [学会発表] Study on relationship between inductance and power consumption in bio integrated sensor circuit based on LC-oscillator using millimeter wave2017

    • 著者名/発表者名
      Maya Matsunaga, Atsuki Kobayashi, Kazuo Nakazato and Kiichi Niitsu
    • 学会等名
      International Conf. on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE9)
    • 国際学会
  • [学会発表] Live Demonstration: BCT-II - A Hand-held, Stand-alone, Multimodal Bio-Sensing System2017

    • 著者名/発表者名
      T. Shimizu, M. Tanaka, and K. Nakazato
    • 学会等名
      Biomedical and Life Science Circuits and Systems 2017 (BioCAS2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Miniaturization of magnetic modulator design applying for CMOS biosensor array2017

    • 著者名/発表者名
      E. Ushijima, S. Fujimoto, K. Niitsu, and K. Nakazato
    • 学会等名
      International Conference on Magneto-Science 2017(ICMS2017)
    • 国際学会
  • [図書] CMOS circuits for Biological Sensing and Processing, ed. by S. Mitra and D. R. S. Cumming Ch.4, CMOS multimodal sensor array for biomedical sensing2018

    • 著者名/発表者名
      K. Nakazato
    • 総ページ数
      25
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      978-3-319-67723-1

URL: 

公開日: 2018-12-17  

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