電気浸透リニアステッピングアクチュエータを用いたバイオケミカル集積チップの開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555018
• 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)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 菊地 純 アクシオマティック株式会社, 研究者 ; 馬場 嘉信 徳島大学, 薬学部, 教授 (30183916) ; 石原 一彦 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (90193341)
• Keywords: μ-TAS / バイオチップ / Lab on a chip / アクチュエータ / 電気浸透流ポンプ / 光硬化ゲル / 化学の集積化 / 塩橋

Research Abstract

半導体微細加工を利用して流路やセンサーをひとつのチップに作りこみ、科学分析や合成を行おうとするμ-TASやLab-on-a-chipと呼ばれる分野がある。これにおけるシステムの小型化や高集積化の鍵である、小型・高性能で組み合わせても互いに干渉しない流体駆動装置の開発と、それを利用したシステム構築の方法論やアーキテクチャの実例を研究する目的のために、本年度は以下の項目について研究を行った。得られた成果を列挙する。
1 浸透流ポンプの改良 駆動部の要である、電機浸透流ポンプの低電圧化と高性能化を測った。長さ100μm、ギャップ400nm、幅40mmのポンプを折りたたんで1mmx5mmに組み込んだポンプでは、15Vで240nL/minと従来の80倍の流量を得た。また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、10V10段で、25000Paの圧力を得た。従来のものより10^3-10^4倍高性能である。
2 ステッピング部 トラップ要素として、従来のドットのほかに、壁面への亀裂、くびれを大きさを変えて試みた。現状ではドット以上の成果は得られていない。
3.ゲル電極 露光条件と組成を変え、プロセスマージンを稼いだ結果、歩留まりが大きく向上した。またこれまでの最小パターンが500x2000μm程度だったものを100x100μ程度まで向上させた。小型化と補強パターンにより耐圧を4000から25000Paまで向上させた。
4.溶接部コーティング サイトップの部分コーティングを試みた結果、FWDステップとREVステップにおけるトラップ力のアンバランスが激的に改善した。

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.Takayama, 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 (2001)
• [Publications] A.Oki, H.Ogawa, Y.Takamura, 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)