2019 Fiscal Year Annual Research Report

細胞活動のモニタリングを指向した有機トランジスタ型バイオ分析手法の開発

Research Project

Project/Area Number	18F18800
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	南豪東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70731834)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	DIDIER PIERRE 東京大学, 生産技術研究所, 外国人特別研究員
Project Period (FY)	2018-11-09 – 2021-03-31
Keywords	有機トランジスタ / マイクロ流路 / グルコース / リアルタイム測定
Outline of Annual Research Achievements	昨年度において，マイクロ流路を装着した延長ゲート型有機トランジスタ (OFET) センサのプロトタイプを作製した。本年度は，試作した当該センサを用いて，グルコースのリアルタイム検出を検討した。まず，シミュレーション(COMSOL)を用いてマイクロ流路内における溶液の拡散挙動を追跡した結果，60秒以内に均一に分布することが解った。また，シミュレーション結果は、チャンバー形状が溶液拡散の均一性に大きく影響することを見い出し，非対称なマイクロ流路（長さ，幅，高さ，交差角度を用いて設計・作製が可能）によりチャンバー内で最も均一な分布が形成されることを見い出した。最適化したマイクロ流路を用いて当該連結デバイスのグルコース検出能を評価した結果，グルコース溶液の注入に伴いに急激な特性変化が観察された。また，グルコースを含まないリン酸緩衝生理食塩水の注入によりOFET特性は初期レベルまで戻ったことから，当該デバイスは再現性よく繰り返し測定可能であることを見い出した。さらに同様の特性変化は，グルコース濃度の逐次減少や無作為的な増減でも確認された。以上の結果より，マイクロ流路連結型OFETデバイスが代謝に伴うグルコース濃度をリアルタイムで測定し得る可能性が示された。本成果は，延長ゲート型OFETとマイクロ流路との連結が，グルコース等の生体関連物質の検出に有用であることを見い出した世界で初めての報告である (ChemElectrochem, 2020 (表紙に選定))。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 昨年度の当初の計画は，グルコース検出を目指した計測条件の検討であったが，実際はこれに留まらずグルコース濃度のリアルタイム検出を達成したことから，当初の計画以上に進展していると判断した。
Strategy for Future Research Activity	本年度は，実際の肝細胞活動をモニタリングするため，当該デバイスの構造（流量，径，デバイス安定性など）を最適化し，肝疾患モデルにおけるグルコース代謝のリアルタイム検出を検討する。また現在は，検出部と駆動部が分離した構造となっているが，本年度中に一体化させてデバイスの小型化も併せて行う。
Remarks	ChemElectroChemはCover Featureに採用された。