2016 Fiscal Year Annual Research Report
Chemistry integrated circuit and its application to portable biomedical equipment
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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, 工学研究科, 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, 工学研究科, 講師 (40584785)
大河内 美奈 東京工業大学, 物質理工学院, 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：癌・ウィルス・細菌のマーカーになることが知られているマイクロRNAをNASBA法により一定温度で増幅しながら検出する基礎実験を行った。pHおよび生物発光により増幅しながらオンチップで検出できる見通しを得た。
２．生体１分子分布の電気的計測：細菌と同じ大きさの1μmのビーズを酸化還元電流の変化として、1個ずつカウントすることに成功した。更にウィルスを検出するには、ウィルスの大きさ程度の微小な金電極を形成する必要があるが、イオン化傾向の違いを用いてAlからZn, ZnからNi, NiからAuに無電解めっきするプロセスを開発し、500nmの金電極を安定に形成することに成功した。
３．化学反応検出制御回路：生体分子の信号を電流に変換し、電流モードでディジタル信号に変換する電流モード・アナログ・ディジタル変換回路を設計し、安定な動作を得た。これにより、電位・電流・インピーダンスを統合したセンサを実現した。
４．化学集積回路に向けたマイクロフルイド形成：SU-8を用いた5μmのマイクロフルイドおよびPDMSを用いた50μmのマイクロフルイドを半導体集積回路上に形成する技術を開発した。
５．検査・診断総合システム構築：18cmx10cmx5.5cm、重さ850gの小型検査・診断システムを作製した。消費電力は5V, 150mAでバッテリーで2日間の連続稼動が可能である。この装置は小型のディスプレィと３つの送液ポンプを有し、スタンド・アローン、PC制御、WiFiによるスマートフォン制御の３つの形態での使用が可能である。更に、バイオ研究において標準的に使われているマイクロタイター・プレートにイオンセンサを埋め込む技術を開発した。
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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、生体分子分布の電気的計測に関しては、基礎的な実験が終了し、平成29年度には他の要素と統合化できる見込みである。化学反応検出回路、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いる。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．生体分子のオンチップ・リアルタイム増幅検出：リアルタイム増幅検出として、NASBAに加えて、qLAMPを用い、RNAとDNAの検出を行う。更に基質リサイクリングおよび生物発光を10μmの微小空間内で行うことによりバイオ信号の増幅を行う。これまでに開発してきたバイオセンサとの統合を図る。
２．生体１分子分布の電気的計測：大腸菌をターゲットに、１個の大腸菌が有するATPを10μm立方の領域で基質リサイクリングを用いて増幅し、生物発光を用いて検出する。また、qLAMP法により大腸菌のDNAを増幅しながら電位変化として検出する。
３．化学反応検出制御回路：生体分子を油中の水ドロップレット内に閉じ込め、ドロップレットをDEP(dielectrophoresis), EWOD(electrowetting on dielectric)により電気的に制御する技術を開発する。
４．化学集積回路に向けたマイクロフルイド形成：電気的な制御と統合したマイクロフルイドの形成技術を開発する。電極および絶縁膜の最適化により、DEP, EWODに対し、半導体集積回路で扱える範囲の低電圧化を図る。
５．検査・診断総合システム構築：これまで開発してきた小型検査・診断システムにバイオセンシングの前処理部を組み込む。
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