誘電泳動インピーダンス計測法と抗原抗体反応を組み合わせた選択的細菌検出法

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550421
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 末廣 純也 九州大学, システム情報科学研究院, 助教授 (70206382)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山田 巌 九州大学, 医学部保健学科, 助手 (50038931) ; 今坂 公宣 九州大学, 大学院・システム情報科学研究院, 助手 (40264072) ; 原 雅則 九州大学, 大学院・システム情報科学研究院, 教授 (30039127)
• Keywords: 誘電泳動 / インピーダンス / 抗原抗体反応 / 細菌検査 / 電機透過 / カーボンナノチューブ / 電気化学反応 / ガスセンサ

Research Abstract

(1)免疫凝集反応を応用した選択的DEPIM法の開発
・免疫凝集の方法として、予め凝集させた菌を選択的に誘電泳動捕集する方法と、先に非選択的に誘電泳動捕集した後に抗体を添加し、凝集体のみを選択的に残す方法の2種類を提案した。
・大腸菌とセラチア菌の混合懸濁液に開発した測定法を適用し、大腸菌のみを選択的に検出できることを実証した。
(2)固相化抗体を応用した選択的DEPIM法の開発
・表面に抗体を予め物理吸着させた電極を用いることで、誘電泳動した大腸菌を抗原抗体反応によって泳動後も電極上に保持する方法を開発した。
・上記の操作を多数回繰り返すことにより、保持される菌数とコンダクタンス変化が増加することを示した。同手法はDEPIM法の感度向上に有効である。
(3)誘電泳動フィルタによる細菌濃縮・回収技術の開発
・誘電泳動フィルタは電圧信号の制御によって捕集プロセスを容易に制御することができる。この特徴を利用して、一旦捕修した菌を一気に放出することで菌の濃縮が可能であることを示した。
・更に濃縮効率を向上するため、分割式誘電泳動フィルタを考案した。同フィルタを用い、大腸菌懸濁濃度を1時問で30倍に濃縮することに成功した。
(4)高電界による細胞膜破壊現象の導入によるDEPIMの高感度化
・電気透過によって、DEPIMの感度を約100倍向上できることを実証した。この結果、懸濁濃度100CFU/mlのイースト菌を約15分で定量的に検出することに成功した。
(5)カーボンナノチューブの誘電泳動集積と化学センサへの応用
・誘電泳動によってカーボンナノチューブをマイクロ電極間に集積できることを示した。
・カーボンナノチューブ集積に伴う電極問インピーダンスの変化をDEPIMにより測定できることを確認した。
・集積したカーボンナノチューブによって、ppm〜ppbレベルのアンモニア、二酸化窒素を室温でインピーダンス検出できることを実証した。

Research Products

• [Publications] J.Suehiro, R.Hamada, D.Noutomi, M.Shutou, M.Hara: "Selective election of viable bacteria using dielectrophoretic impedance measurement method"J.Electrostatics. Vol.57. 157-168 (2003)
• [Publications] J.Suehiro, D.Noutomi, M.Shutou, M.Hara: "Selective detection of specific bacteria using dielectrophoretic impedance measurement method combined with antigen-antibody reaction"J.Electrostatics. Vol.58. 229-246 (2003)
• [Publications] 高橋 亨典, 末廣 純也, 西川原総生, 他10名: "誘電泳動法による口腔内(プラーク内)細菌測定の試み"日本歯科保存学雑誌. Vol.47. 374-381 (2003)
• [Publications] J.Suehiro, G.Zhou.M.Imamura, M.Hara: "Dielectrophoretic filter for separation and recovery of biological cells in water"IEEE Trans.on Industry Applications. Vol.39. 1514-1521 (2003)
• [Publications] J.Suehiro, G.Zhou, M.Hara: "Fabrication of a carbon nanotube-based gas sensor using dielectrophoresis and its application for ammonia detection by impedance spectroscopy"Journal of Physics D : Applied Physics. Vol.36. L109-L114 (2003)
• [Publications] J.Suehiro, M.Shutou, T.Hatano, M.Hara: "High sensitive detection of biological cells using dielectrophoretic impedance measurement method combined with electropermeabilization"Sensors and Actuators B : Chemical. Vol.96. 144-151 (2003)