ナノ電気化学と集積回路の融合による細胞機能イメージング技術の創生

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本研究の目的として、集積回路型電極アレイでナノ空間特有の電気化学反応を誘導する、超高感度・リアルタイム電気化学イメージングデバイスの創出を掲げた。電気化学デバイスの高感度化に対しては、レドックスサイクル（隣接する電極間で酸化還元反応を繰り返すシグナル増幅現象）を測定点で高効率に誘導する事でアプローチした。レドックスサイクルの効率は隣接する電極の間隔が短い程向上する。そこで、各測定点にナノ空間を設け、その空間内の上下面に電極を配置する手法を検討した。はじめにガラス基板を用いてプロトタイプを作製しその評価を行った。Pt層、Cr犠牲層（膜厚約230 nm）、Pt層および絶縁層の順で垂直方向に積層し、犠牲層をエッチングする事で高さ約230 nmのナノ空間内の上下面にPt電極を配置した。デバイスの電気化学的評価は、マウス胚性幹細胞のアルカリホスファターゼ活性の検出により行った。その結果、従来型のデバイスと比較して電流密度が約20倍向上した。これは測定点におけるナノ空間内で、高効率なレドックスサイクルが誘導された事に起因すると判断した。以上、ナノ空間内でレドックスサイクルを誘導する本デバイスは、従来型と比較して高感度な電気化学計測が可能であり細胞解析に十分適用できると考えられる。本研究では、集積回路型電極アレイの超高感度化に向けて電極構造の基礎検討を遂行した。今後、上記成果を集積回路型電極アレイへフィードバックする事で、細胞機能をリアルタイムかつ超高感度に可視化できる革新的なイメージング技術へ発展すると期待できる。また、今回は実現まで至らなかったが、細胞を用いた疾患治療薬スクリーニングへの応用も期待できる。