ヘルスケアデバイス用集積化バイオケミカル分析システムの構築と要素技術

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12750050
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 高村 禅 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (20290877)
• Keywords: ヘルスケアデバイス / バイオチップ / Lab on a chip / μーTAS / 電気浸透流ポンプ / DNA分離 / 集積化化学デバイス / 光硬化ゲル

Research Abstract

高度に発達した半導体製造技術を応用して、人血液の必要な分析を1チップ上で完遂できる医療用チップ(「ヘルスケアデバイス」)の開発に必要な要素技術の研究を行った。本年度に得られた結果を列挙する。
1 低電圧電気浸透流ポンプの開発
ヘルスケアチップにおいて、血液を採取し、またチップ内で移動させるのに使われる電気浸透流ポンプは、従来数百Vを要し、安全性を損なっていた。微細加工技術を駆使し、ギャップサイズを1μm以下にし、更に流量を稼ぐために並列化し、狭い面積に折りたたんで収納することで、低電圧化と高流量化を図った。長さ100μm、ギャップ400nm、幅40mmのポンプ部を折りたたんでlmmx5mmに組み込んだポンプでは、15Vで240nL/minと従来の80倍の流量を実現した。また、このポンプをプロタイプのヘルスケアチップに組み込み、血液の輸送を確認した。
2 カスケード型低電圧電気浸透流ポンプの開発
HPLC用のポンプ等高圧力用途には、ギャップを減少させる高圧化アプローチでは限界がある。電圧を積算せず圧力を積算できるカスケード構造を発案し、10VI0段で、25000Paの圧力を得た。これは従来のものより10^3-10^4倍高性能である。
3 DNA分離ナノチャンネルの開発
人工的に設計された形状をもつ微細流路内にDNAを流すことで、サイズによるDNAの分離等を行うことを目的に、曲線パターン、テーパーパターン等を作成し、実験を行った。

Research Products

• [Publications] A.Oki, Y.Takamura, T.Fukasawa, H.Ogawa, Y.Ito, T.Ichiki, Y.Horiike: "Study on Elemental Technologies for Creation of Healthcare Chip Fabricated on Polyethylene Terephthalate Plate"IEICE transactions. E84-C(12). 1801-1806 (2001)
• [Publications] A.Oki, S.Adachi, Y.Takamura, K.Ishihara, H.Ogawa, Y.Ito, T.Ichiki, Y.Horiike: "Electroosmosis Injection of Blood Serum into Biocompatible Microcapillary Chip Fabricated on Quartz Plate"Electrophoresis. 22. 341-347 (2001)
• [Publications] A.Oki, S.Adachi, Y.Takamura, H.Onoda, Y.Ito, Y.Horiike: "Electrophoresis Velocity Measurement of Lymphocytes Under Suppression of pH Change of PBS in Microcapillary"Proceedings of Micro Total Analysis System 2001, Monterey, U.S.A.. 505-506 (2001)
• [Publications] Y.Takamura, H.Onoda, H.Inokuchi, S.Adachi, A.Oki, Y.Horiike: "Low-voltage Electroosmosis pump and its Application to on-chip Linear Stepping Pneumatic Pressure Source"Proceedings of Micro Total Analysis System 2001, Monterey, U.S.A.. 230-232 (2002)
• [Publications] A.Oki, H.Ogawa, Y.Takayama, M.Takai, T.Fukasawa, J.Kikuchi, Y.Ito, T.Ichiki, Y.Horiike: "Biochip Checking Health Condition from Analysis of Trace Blood Collected by Painless Needle"Extracted Abstracts of the 2001 International Conference on Solid State Devices and Materials. 460-461 (2001)
• [Publications] 堀池靖浩, 沖明男, 高村禅, 小川洋輝, 深澤孝之, 高井まどか, 斧田博之: "極微量全血分離・分析を目指したヘルスケアチップの創製"バイオメディカルエンジニアリング. 15(10). 2-7 (2001)