2015 Fiscal Year Annual Research Report
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25220906
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
中里 和郎 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90377804)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宇野 重康 立命館大学, 理工学部, 教授 (40420369)
新津 葵一 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (40584785)
大河内 美奈 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (70313301)
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| Project Period (FY) |
2013-05-31 – 2018-03-31
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| Keywords | 電子デバイス・集積回路 / バイオセンサ集積回路 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1．生体分子のオンチップ・リアルタイム増幅検出：酸化還元電位検出法を用いた64×64電位センサアレイ集積回路を開発し，DNA塩基配列検出の基礎実験を行った．プライマー伸長反応に伴って放出されるピロリン酸を酵素反応によりフェリシアン・フェロシアンの濃度比に変換して検出する．20dB以上の大きなS/N比を得ることに成功した．
2．生体１分子分布の電気的計測：生体１分子を同時並行で電気的に検出する方法として，酸化還元電流とインピーダンスを用いる方法を検討し，電流により細菌の数をカウントするセンサの基礎実験を行った．微細な金電極を形成するため，標準CMOSの最上層配線であるAlを無電解Auメッキする自己整合プロセスを開発し，バクテリアサイズのビーズ及びヒーラ細胞の検出に成功した．
3．化学反応検出制御回路：スタティック・センサセル回路として電位，電流，インピーダンス，光を統合した標準・汎用チップを設計・試作した．ダイナミック・センサセルとして，アナログ検出信号を電流パルスの時間幅で表し，時間の対数をディジタル信号に変換するTDC(Time-to-Digital Converter)を新たに提案し，試作により時間分解能・消費電力ともに従来回路に比べ1/25の向上と６桁の高ダイナミックレンジを実証した．化学反応の制御技術として，マイクロフルイドによる流れ制御，電界による電気泳動，磁場による磁性ビーズの輸送，ヒーターと温度計による温度制御，をチップ上で行う初期実験に成功した．
4．化学集積回路に向けたマイクロフルイド形成：半導体集積回路とPDMSのマイクロフルイドを一体化するプロセスを開発した．
5．検査・診断総合システム構築：バッテリー駆動の小型分析装置を試作した．双フロー系の参照電極を装置内に組み込むことにより，装置の小型化に成功した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
生体分子のオンチップ・リアルタイム増幅検出、生体1分子分布の電気的計測に関しては、ようやく装置が完成し原理実験が行える段階に来ており、平成28年度には結果を出せる段階にある。化学反応検出制御回路、化学集積回路に向けたマイクロフルイド形成、検査・診断総合システム構築に関しては、当初の目的を達成しており、残り2年で当初の目標を超える研究に進展させ、予定以上の成果をあげるようにしたい。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. リアルタイムRNA検出：マイクロRNAが癌やウィルス・細菌のマーカーになることが知られるようになり、極微のマイクロRNA検出の重要性が高まっている。極微のマイクロRNAを検出する方法として、NASBA法を用いてマイクロRNAを一定温度（55℃）で10万倍まで増幅しながら、pHもしくは酵素反応系を介した酸化還元電位を検出する方法を開発する。
2. 細菌カウント：1μmほどの細菌をウエル上の電極に捕獲し、インピーダンス・電流の変化により1個ずつカウントする検査装置を作製する。1μmの電極形成法として、標準CMOSプロセスで形成した最上層配線層(Al)を無電解メッキ法を用いてAuに置換する。これにより、細菌を捕獲するウエルと電極を自己整合的に形成することができる。ウエル下に抗体を固定し、特定の細菌を捕獲する実験を平成28年度に行い、平成29年度にプロトタイプ機を作製する。
3. C4D, UV-VISによるクロマトグラフィ・電気泳動
C4D, UV-VISによるクロマトグラフィ・電気泳動は、分析器の標準となっており、化学集積回路においても、基本構成要素であり、既にオンチップの基礎実験を行っている。C4Dはキャパシタを介して溶液の局所的なイオン伝導度を測るもので、電極と溶液間のキャパシタを大きくする必要があり、絶縁膜を100nm以下に薄く形成する必要がある。また、溶液を淀みなく流すためには、表面の平坦性が求められる。このため、電極・絶縁膜を形成した後、一旦平坦化して電極の頭出しを行い、薄い絶縁膜を形成するプロセスを開発する。
UV-VISに対しては、絶縁膜多層構造を用いたFabry-Perot干渉計による波長フィルタを形成する等により、機能向上を図る。
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| Remarks |
・国際分析機器展示会 PITTCON2016 に名古屋大学として出展、Booth#4128, 2016年3月6日―3月10日、アメリカ・アトランタ
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