Development of semiconductor-based biosensing system for quality evaluation of embryo obtained by in vitro fertilization

半導体バイオセンサのゲート電極表面に細胞培養に適した化学修飾を施し細胞を培養する。その際、細胞とゲート電極との間に形成されるナノメートルオーダーのギャップに細胞呼吸により蓄積される乳酸や二酸化炭素といった代謝産物がpH変化を誘導する。つまり、この細胞/ゲート電極間のナノギャップ領域でのpH変化を半導体バイオセンサにより非侵襲的に計測可能となる。本来、半導体バイオセンサのゲート電極表面は酸化膜から構成されており、pH応答性が良好で電気化学的にはネルンスト応答（59.2 mV/pH at 25 ℃）を示す。しかしながら、現状ではゲート電極とその周辺部まで細胞が一面に培養されているため、個々の細胞に基づくpH変化を再現性良く定量的に見積もることが困難である。特に、個々の評価が必要な体外受精卵（胚）を対象とする場合、各ゲート電極上に体外受精後の胚を一つ一つ静置し長時間活性をモニタリングする必要がある。そこで本研究では、計測対象を胚とし、一つのゲート電極上に一つの胚が固定可能なウェルを含むカートリッジ型プレートを作製し、個々の胚の呼吸活性を再現良く定量的に評価する。当該年度は、マウス胚の呼吸活性を計測およびその形態を観察可能な透明ゲート半導体バイオセンサを作製するとともに、そのゲート電極にマウス胚1個を配置するためのウェルを作製した（カートリッジ型プレート）。また、上記カートリッジ型プレートを用いて電気計測の可能性について調査した。

半導体バイオセンサのゲート電極表面に細胞培養に適した化学修飾を施し細胞を培養する。その際、細胞とゲート電極との間に形成されるナノメートルオーダーのギャップに細胞呼吸により蓄積される乳酸や二酸化炭素といった代謝産物がpH変化を誘導する。つまり、この細胞/ゲート電極間のナノギャップ領域でのpH変化を半導体バイオセンサにより非侵襲的に計測可能となる。本来、半導体バイオセンサのゲート電極表面は酸化膜から構成されており、pH応答性が良好で電気化学的にはネルンスト応答（59.2 mV/pH at 25 ℃）を示す。しかしながら、現状ではゲート電極とその周辺部まで細胞が一面に培養されているため、個々の細胞に基づくpH変化を再現性良く定量的に見積もることが困難である。特に、個々の評価が必要な体外受精卵（胚）を対象とする場合、各ゲート電極上に体外受精後の胚を一つ一つ静置し長時間活性をモニタリングする必要がある。そこで本研究では、計測対象を胚とし、一つのゲート電極上に一つの胚が固定可能なウェルを含むカートリッジ型プレートを作製し、個々の胚の呼吸活性を再現良く定量的に評価する。当該年度は、マウス胚の呼吸活性を計測およびその形態を観察可能な透明ゲート半導体バイオセンサを作製するとともに、そのゲート電極にマウス胚1個を配置するためのウェルを作製した（カートリッジ型プレート）。また、上記カートリッジ型プレートを用いて電気計測の可能性について調査した。