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

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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。