Development of a highly sensitive uric acid biosensor using copper-containing nanofibers for simple measurement of uric acid level in blood

使用含铜纳米纤维开发高灵敏度尿酸生物传感器，用于简单测量血液中的尿酸水平

• 批准号: 20K12703
• 负责人: 坂元 知里
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Fukui National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K12703/
• 关键词: ナノファイバー膜; 分子ふるい機能; ポリウレタン; 赤血球の影響除去; 尿酸バイオセンサ; 親水性カーボンフロス電極; ダブルパルスポテンシャルステップ法; アスコルビン酸の阻害; 分子ふるい機能を有するナノファイバー膜; 赤血球サイズの阻害; 電気化学測定; 血中尿酸値; 親水性カーボンフロス; 銅含有ナノファイバー; 電気化学

本研究課題は、血中尿酸値を簡易的に計測することを可能とする血中尿酸値バイオセンサシステムの開発を目的とした。本年度は、当初計画３、４年目に行う予定であった「分子ふるい機能を付与した銅含有ナノファイバー膜の作成条件検討」について検証した。血液中に含まれる血球は96%が赤血球である。赤血球の直径は6.0-9.0μmであるため、本研究では、孔サイズが直径6μm前後のナノファイバー膜を作製し、大まかに赤血球を分離する分子ふるい機能ナノファイバー膜を目指した。分子ふるい機能ナノファイバー膜は、ポリウレタンを用いて作成した。ポリウレタンをDMF/THF混合溶媒に10 %となるよう加え、一晩撹拌し、溶解させた。ナノファイバー膜は、エレクトロスピニング法により作製した。エレクトロスピニング法は、ポリマー溶液に高電圧を印加した状態で一定速度で噴霧させることにより、ナノファイバーを作製する方法である。本研究で溶解させたポリウレタン溶液をエレクトロスピニング法により噴霧させ、膜を形成させた。作製した10%ポリウレタン膜はSEM観察により孔サイズを確認した。その結果、10%ポリウレタン膜の孔サイズは1-10μm程度の孔を多数有していることを確認した。PFC電極に10%ポリウレタン膜を被膜し、6μmマイクロビーズ（血球のモデルビーズ）含有下において、前年度条件を確定させたダブルパルスポテンシャルステップ法により尿酸計測を行った。その結果、ナノファイバー膜を被覆していないPFC電極を用いた場合、マイクロビーズ含有量の増加に依存し、電流応答値が減少した。一方で被膜したPFC電極を用いた場合、マイクロビーズ含有量に関わらず、応答電流値が増減せず安定した。以上の結果から、本年度は上記手法により、物理的阻害物である血球の影響を受けず、尿酸を選択的に計測することが可能であることを示唆した。

该研究主题旨在开发血液尿酸水平生物传感器系统，该系统允许简单地测量血液尿酸水平。今年，我们调查了“制备具有分子筛功能的含铜纳米纤维膜的条件”，该膜最初计划在计划的第三年和第四年进行。 96％的血细胞是红细胞。由于红细胞的直径为6.0-9.0μm，因此，在这项研究中，我们制造了直径约为6μm的孔尺寸的纳米纤维膜，旨在创建纳米纤维膜，该纳米纤维膜作为分子止血作用，大致分离红细胞。分子筛函数纳米纤维膜是使用聚氨酯制成的。将聚氨酯添加到DMF/THF混合溶剂中，温度为10％，搅拌过夜并溶解。纳米纤维膜是通过静电纺丝制备的。静电纺丝方法是一种方法，其中通过以恒定速度喷洒纳米纤维，同时将高压在聚合物溶液上施加。在这项研究中溶解的聚氨酯溶液通过静电纺丝喷洒以形成膜。通过SEM观察证实了制备的10％聚氨酯膜的孔径。结果，证实了10％聚氨酯膜的孔径大约为1-10μm。将PFC电极与10％聚氨酯膜涂在一起，并使用双脉冲电势步骤方法测量尿酸，其中确定上一年的条件，而6μM微片（血细胞模型珠）。结果，当使用没有纳米纤维膜的PFC电极时，根据微粒含量的增加，当电流响应值降低。另一方面，当使用涂层的PFC电极时，无论Microbead含量如何，响应电流值稳定而不增加或减少。以上结果表明，今年，可以使用上述方法选择性地测量尿酸，而不会受到血液细胞（一种物理抑制剂）的影响。