| 研究課題/領域番号 |
26709025
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| 研究機関 | 豊橋技術科学大学 |
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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)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| 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 |
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| 研究実績の概要 |
光干渉型表面応力センサにおけるストレス感度向上を目指し、光干渉計の可動膜にエラストマ材料を適用することを検討した。エラストマ材の自立膜を形成し、ひずみ試験を行ったところ、38％以上の弾性変形領域を持つことが示され、この結果は論文投稿準備中である。また、プロトタイプに用いていたパリレンＣに比べ100分の１のヤング率を示すエラストマシートを本センサへ適用すると、有限要素法を用いた解析より10倍程度のセンサ感度向上が期待できる。
次に、生体分子に働く分子間力と質量の同時検出を目的に、交流信号の印加によって共振振動可能なグラフェンの自立構造を作製した。振動膜が薄膜かつ高いヤング率であるほど質量感度が向上するため、グラフェンは共振子として理想的な材料であると期待される。作製した自立構造を有するグラフェンは、キャビティ長1050 nm、キャビティ直径は最大8.5 umまでのサイズを実現した。この架橋グラフェン膜と基板とのギャップ間で光干渉特性が得られ、干渉波形は解析的なフィッティング波形と良い一致を示した。この架橋グラフェン上へπ結合を利用した架橋剤を介してアルブミン抗体を修飾させた時、キャビティの気密性は保持されていることを確認するとともに、干渉波形のシフトからギャップが200 nm増加していることを示唆する結果が得られた。これより架橋グラフェン上でのバイオセンシングの可能性を示すことができた。
提案するセンサでは、分子の構造変化によるストレス変化を検出することが可能なため、カルシウムイオンの吸収に対して構造が変化するカルモジュリンをモデル生体分子として使用した。架橋剤同士の水素結合を防ぐためにトリフルオロ酢酸を添加して単分子層を形成し、その後カルモジュリンを修飾した結果、分子同士の凝集を防いでダイヤフラム上に分子層を形成できたことを確認した。
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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
ＭＥＭＳセンサ上に吸着した分子の分子間力と質量を計測するセンサとして、光干渉計のストレス感度を向上する見通しを得ることができた。また、質量センサとしてはグラフェンの自立構造の形成に成功し、高感度に質量計測が可能なセンサの見通しが得られた。グラフェンの自立膜上には架橋剤を介して、タンパク質を吸着させたときの応答変化が確認できたため、次年度に生体分子計測を進めることができる。また、タンパク質の構造変化を観察するモデル分子としてカルモジュリンに着目し、ダイヤフラム上での修飾が確認できたことから、実際に生体分子の分子間力変化と質量測定を行う準備が整った。
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| 今後の研究の推進方策 |
前年度動作確認を行ったマルチモーダルセンサの分子間力感度向上の目的で、センサダイヤフラムの反射率を向上させ、干渉計の波長選択性を向上させることによって、薄膜変形時の信号変換効率の増大を目指す。キャビティ構造の形成方法として、犠牲層エッチングによる手法と自立膜の転写による方法が考えられるが、犠牲層エッチングを採用する場合には、エッチングガスに不活性で反射率の高い金属として金を用いる。一方転写プロセスによりＭＥＭＳセンサを形成する場合には、前年度プロトタイプの作製を行ったエラストマ材料の高い凝着力を利用し、あらかじめ基板上にパターニングしたエラストマ薄膜を密着層として利用し、直接接合によってＭＥＭＳキャビティ構造を作製する。この手法ではエッチングガスを使用する必要がないため、ガス耐性の低い銀を使用して反射率を向上させることができる。
吸着分子の質量測定に向けては、昨年度準備を行った高周波測定系を使用して、共振特性の評価を行う。また、グラフェンの架橋構造を静電引力によりひずみを加え、アクティブひずみ制御の可能性を検討する。グラフェンはひずみの印加により膜の硬化作用が働き、共振周波数が増加することが示されているため、共振センサとして高感度化が期待できる。
センサのより一層の高感度化を目指した改良を進めながら、昨年度までに作製したプロトタイプを使用して、センサ上への分子修飾を行う。マルチモーダルセンサ上で抗原抗体反応を行い、分子の最少検出限界の評価や濃度依存性、ｐＨ依存性などの評価を進める。また、同じセンサ上でカルモジュリンのカルシウム刺激による形態変化応答を評価し、質量測定によって物理吸着による変化と切り分けつつ、既存のカンチレバーセンサ以上のカルシウムイオン感度を実現する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
集積回路チップをファウンダリを利用して製作することを計画しており、H28年2月に設計レイアウトを提出し、発注を行い、年度をまたいで5月末に納品されるスケジュールのため、基金分をH28年度に繰り越した。
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| 次年度使用額の使用計画 |
昨年度に発注したＣＭＯＳ集積回路試作費分の支払いに充てる。
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