早期診断を目的とする自律制御型電気化学マイクロデバイスの開発

开发用于早期诊断的自主控制电化学微型器件

• 批准号: 11J01401
• 负责人: 小嶋 謙一
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J01401/
• 关键词: μTAS; エレクトロウェッティング; 自律的送液; 一電極系; pH; マイクロポンプ; Lab-on-a-chip; 微小電極; PDMS

近年は疾病診断ツールを各家庭や診療所などで、迅速、簡便かつ非侵襲的検査が行えるデバイスが求められている。そこで本研究では日常的に使用できる疾病診断デバイスの開発を目的としている。これを実現するために本年度は溶液の自律的送液機構を構築した。【エレクトロウェッティングを応用した一電極系バルブ】バルブの構造は親水性のガラスと疎水性PDMSからなる2本の分離された微小流路に、一方に金電極、他方に亜鉛電極を露出させ形成した。金電極側の流路に試料溶液を注入すると、金電極ははじめ疎水性であるため、毛細管現象で進行した試料溶液は金バルブ手前で停止した。次に、もう一方の流路に電解液を注入し、亜鉛電極上を通過したとき金電極が分極され、電解液がバルブを通過することが確認できた。【pH応答性バルブ】pH応答性バルブは水素電極を応用した。メイン流路にはバルブとして金のマイクロピラー電極を形成した。水素電極は白金黒電極と水素発生用の電極で構成し、白金黒電極はバルブ電極と接続した。メイン流路と水素電極用チャンバーは液絡で接続し白金黒電極はメイン流路まで延長させた。動作確認の結果、任意のpHで開くバルブが構築できたことが分かった。【論理回路】一電極系バルブと流路形状を組み合わせマイクロフルーディクスによる論理回路を実現した。まずはOR、AND、NOT回路を作製し、所望の動作を行えることを確認した。続いてこれらを組み合わせNAND、NOR、XOR回路を作製した。【電気化学的マイクロポンプ】動作原理は一電極系を応用し電極電位を制御することにより、気泡(水素ガス)を膨張・収縮させ、溶液の排出と吸引を可逆的に行った。複合電極には亜鉛-白金黒-銀を用いた。【統合デバイス】上記の各要素を組み合わせた統合デバイスを作製した。このデバイスを用いて尿素、クレアチニンの生化学分析を同時かつ自律的に行えることを確認した。

近年来，人们对使用家庭和诊所的疾病诊断工具进行快速，简单和非侵入性测试的设备需求。因此，本研究旨在开发可每天使用的疾病诊断设备。为了实现这一目标，我们已经建立了今年的自主解决方案传递机制。 [一个基于电气的阀门]阀结构是通过揭露由亲水性玻璃和疏水性PDM制成的两个单独的微流通道形成的，一侧是金电极，另一侧是锌电极。当将样品溶液注入金电极侧的流动路径中时，金电极最初是疏水的，因此由于毛细管作用而在金阀之前停止的样品溶液。接下来，将电解质注入另一个通道，当它通过锌电极时，金电极已极化，并确认电解质通过阀。 [pH响应阀]将氢电极应用于pH响应阀。在主通道中形成了一个金微米电极作为阀。氢电极由铂黑电极和用于产生氢的电极组成，铂黑电极连接到阀电极。主流量路径和氢电极室通过液体连接连接，并将铂黑电极延伸到主流动路径。检查操作后，发现阀门能够在任何pH上构造。 [逻辑电路]通过将单电极阀和流路径形状组合来实现使用微流体制成的逻辑电路。首先，我们制造了，或者，而不是电路，并确认可以执行所需的操作。然后将它们组合成伪造的NAND，NON和XOR电路。 [电化学微型泵]工作原理是应用单个电极系统来控制电极电位，并扩展了气泡（氢气）并收缩，从而导致溶液被排放并吸收可逆。锌 - 铂黑丝被用于复合电极。 [集成设备]制造了一种集成的设备，该设备结合了上述元素。已经证实，可以使用该设备同时自主地进行尿素和肌酐的生化分析。