Study on a biosensor for kidney function testing using enzyme-modified silk-fibroin films

酶修饰丝素蛋白膜肾功能检测生物传感器的研究

• 批准号: 20K04506
• 负责人: 小池 一歩
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Osaka Institute 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 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K04506/
• 关键词: バイオセンサー; クレアチニン; 絹フィブロイン; クレアチニンデイミナーゼ; 酵素固定化; 拡張ゲートＦＥＴ; 拡張ゲートFET; クレアチニンセンサー; 尿素センサー; バイオFET; 尿素

２０２２年度は、絹フィブロインを用いた酵素（クレアチニンデイミナーゼ）の固定化条件の最適化を行い、作製した酵素膜の耐久性を評価した。さらに、同一チップにＭＯＳＦＥＴが複数個実装されている素子を用いて差動型バイオセンサー回路を設計・試作した。絹フィブロインに対する酵素仕込比率１５ｗｔ％の酵素膜に対して活性持続性を調べた。酵素膜を乾燥状態で４℃に保たれた冷蔵庫内に保管すれば、１ヶ月経過後も酵素活性が初期の９０％以上を保つことが分かった。酵素膜の加熱耐性を調べたところ、７０℃・２０分間の加熱で８０％程度、８０℃・２０分の加熱で７０％程度、それぞれ酵素活性が保たれた。以上のことから、本研究で作製した酵素膜は７０℃で加熱殺菌が可能で、かつ、冷蔵保存であれば長期間活性が保たれることが明らかになった。次に、同一チップにｎチャネルＭＯＳＦＥＴが２個実装されているテキサス・インスツルメンツ社製ＣＤ４００７ＵＢＥを用いて、拡張ゲート電界効果トランジスター（ＥＧＦＥＴ）型センサー回路を試作した。２つのｎチャネルＭＯＳＦＥＴに１００μＡの定電流を流し、両者のドレイン電圧の差分を出力信号とすることで、周囲温度や接合温度の変化によって生じる温度ドリフトの影響を抑制した。ｐＨ８．０のリン酸緩衝液に酵素を固定化した拡張ゲート電極とＡｇ／ＡｇＣｌ参照電極を浸し、クレアチニンに対する電圧応答を調べた。その結果、クレアチニン濃度の増減に伴って電圧が可逆的に応答することが確かめられた。試作したセンサー回路の検出可能な濃度範囲は血清クレアチニンの基準値をほぼカバーする０．００６～０．５ｍｇ／ｍＬであることも明らかになった。

2022 annual は, silk フ ィ ブ ロ イ ン を with い た enzyme (ク レ ア チ ニ ン デ イ ミ ナ ー ゼ) の の immobilized conditions optimization を い, cropping し た enzyme membrane の durability を review 価 し た. さ ら に, same チ ッ プ に MOSFET が plural be loaded さ れ て い る element child を with い て type differential バ イ オ セ ン サ を ー circuit design, attempt し た. Silk フ ィ ブ ロ イ ン に す seaborne る enzyme shi 込 ratio 15 wt % の enzyme membrane に し seaborne て activity hold 続 sex を adjustment べ た. Enzyme membrane で を dry state 4 ℃ に bartender た れ た cold Chambers 蔵 に custody す れ 経 ヶ ば, 1 month after early が の も enzyme activity by more than 90% を bartender つ こ と が points か っ た. Enzyme membrane heat の patience を move べ た と こ ろ, 70 ℃, 20 points between の heated で 80% degree, 80 ℃, 20 points の heating で 70% degree, そ れ ぞ れ enzyme activity が bartender た れ た. Above の こ と か ら, this research で し た enzyme membrane は 70 ℃ heat sterilization で が may で, か つ, cold 蔵 save で あ れ ば activity between long-term が bartender た れ る こ と が Ming ら か に な っ た. に, same チ ッ プ に n チ ャ ネ ル MOSFET が 2 be loaded さ れ て い る テ キ サ ス · イ ン ス ツ ル メ ン ツ club system CD4007UBE を with い て, company ゲ ー ト electricity industry working fruit ト ラ ン ジ ス タ ー (EGFET) セ ン サ ー loop を attempt し た. 2 つ の n チ ャ ネ ル MOSFET に 100 mu A の rated current を flow し, struck の ド レ イ ン electric 圧 の difference を output signal と す る こ と で, zhou 囲 temperature や の junction temperature variations change に よ っ て raw じ る temperature ド リ フ ト の affect を inhibit し た. を pH8.0 の リ ン acid buffer に enzyme immobilization し た company, zhang ゲ ー ト electrode と Ag/AgCl reference electrode を immersion し, ク レ ア チ ニ ン に す seaborne る electric 圧 応 answer を adjustable べ た. そ の results, ク レ ア チ ニ ン concentration の raised に reduction with っ て electric 圧 が reversible に 応 answer す る こ と が か indeed め ら れ た. Attempt し た セ ン サ ー loop の 検 makes possible な concentration van 囲 は serum ク レ ア チ ニ ン の benchmark numerical を ほ ぼ カ バ ー す る 0.006 ~ 0.5 mg/mL で あ る こ と も Ming ら か に な っ た.

项目成果

拡張ゲート電界効果トランジスターを用いたバイオセンサー

使用扩展栅极场效应晶体管的生物传感器

• 发表时间: 2021
• 作者: Nobuya Hiroshiba;Yuta Kawano;Richard Ongko;Kazuto Koike;Ryosuke Matsubara;Atsushi Kubono;and Hirotaka Kojima;廣芝伸哉;廣芝伸哉;小池一歩，広藤裕一，廣芝伸哉
• 通讯作者: 小池一歩，広藤裕一，廣芝伸哉

スピンコート法によるサファイア基板上へのβ構造酸化ガリウム薄膜の作製と構造および光学特性評価

蓝宝石衬底上旋涂法制备β结构氧化镓薄膜及其结构和光学性能评价

• 发表时间: 2021
• 作者: Mei Fukaya;Ryota Obata;Shigeru Makino;Michio Takikawa;Hiromasa Nakajima;Shinya Morimoto;豊田和晃，大内涼介，小山政俊，廣芝伸哉，小池一歩
• 通讯作者: 豊田和晃，大内涼介，小山政俊，廣芝伸哉，小池一歩

溶液塗布熱分解法による三酸化タングステン薄膜の作製と高感度pHセンサーへの応用

溶液涂覆热解法制备三氧化钨薄膜及其在高灵敏pH传感器中的应用

• 发表时间: 2021
• 作者: Yuuki Maeda;Shuhei Shibata;Nathan Hagen;Yukitoshi Otani;Shohei Hamada;茂木 壮太，有元 圭介，近藤 英一，金 蓮花，ジェローズ ベルナール;牧野賀成，半井万尋，太田剛志，道端 涼，平木健太，広藤裕一，廣芝伸哉，小池一歩
• 通讯作者: 牧野賀成，半井万尋，太田剛志，道端 涼，平木健太，広藤裕一，廣芝伸哉，小池一歩

フレキシブル基板上に形成した酸化物薄膜の繰り返し曲げ耐性とそのリアルタイム抵抗測定評価

柔性基板上形成的氧化物薄膜的反复弯曲性能评价及其实时电阻测量

• 发表时间: 2020
• 作者: Ryota Sase;Nozomu Ishii;Masaharu Takahashi;Qiang Chen;and Hiroshi Yoshida;川村隼斗，八木沼優，田村光，高成真輝，湯浅友典，相津佳永;上野信明，植之原裕行;熊谷 敏宏，大浦 紀頼，和田 英男，小山 政俊，前元 利彦，佐々 誠彦
• 通讯作者: 熊谷 敏宏，大浦 紀頼，和田 英男，小山 政俊，前元 利彦，佐々 誠彦

Characteristics of an Extended Gate Field-Effect Transistor for Glucose Sensing Using an Enzyme-Containing Silk Fibroin Membrane as the Bio-Chemical Component

• DOI: 10.3390/bios10060057
• 发表时间: 2020-05
• 期刊: Biosensors
• 作者: K. Koike;Taihou Sasaki;Kenta Hiraki;K. Ike;Y. Hirofuji;M. Yano