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。

In recent years, the diagnosis of diseases has been carried out rapidly and easily in various families and clinics. This study is intended for everyday use in disease diagnosis and development. This year, we will construct a self-regulating liquid delivery mechanism. The structure of the film is hydrophilic and water-based PDMS is separated into two parts: one part is gold electrode and the other part is lead electrode. The sample solution is injected into the flow path on the gold electrode side, and the capillary phenomenon is carried out before the sample solution is injected into the gold electrode. Next, the electrolyte is injected into the flow path of the lead electrode, and the electrode is divided into two parts. [pH Response] pH Response: The use of water element electrodes The flow path is formed by the electrode. Water element electrode is composed of platinum black electrode and water element generating electrode. Platinum black electrode is connected with water element generating electrode. The flow path of the platinum electrode is extended. Action confirmation results, arbitrary pH open [Logic circuit] An electrode system is composed of a flow path shape and a logic circuit. OR, AND, NOT loop control, desired action The NAND, NOR and XOR circuits are controlled by the combination of NAND, NOR and XOR circuits [Electrochemistry] Principle of operation: reversible operation of electrode system, electrode potential control, bubble expansion, contraction, solution discharge and attraction Composite electrode: lead-platinum black-silver The elements listed above are grouped together to form an integrated system. The chemical analysis of the chemical composition of the sample is carried out by means of chemical analysis.