Development of a highly sensitive uric acid biosensor using copper-containing nanofibers for simple measurement of uric acid level in blood

使用含铜纳米纤维开发高灵敏度尿酸生物传感器，用于简单测量血液中的尿酸水平

• 批准号: 20K12703
• 负责人: 坂元 知里
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Fukui National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K12703/
• 关键词: ナノファイバー膜; 分子ふるい機能; ポリウレタン; 赤血球の影響除去; 尿酸バイオセンサ; 親水性カーボンフロス電極; ダブルパルスポテンシャルステップ法; アスコルビン酸の阻害; 分子ふるい機能を有するナノファイバー膜; 赤血球サイズの阻害; 電気化学測定; 血中尿酸値; 親水性カーボンフロス; 銅含有ナノファイバー; 電気化学

本研究課題は、血中尿酸値を簡易的に計測することを可能とする血中尿酸値バイオセンサシステムの開発を目的とした。本年度は、当初計画３、４年目に行う予定であった「分子ふるい機能を付与した銅含有ナノファイバー膜の作成条件検討」について検証した。血液中に含まれる血球は96%が赤血球である。赤血球の直径は6.0-9.0μmであるため、本研究では、孔サイズが直径6μm前後のナノファイバー膜を作製し、大まかに赤血球を分離する分子ふるい機能ナノファイバー膜を目指した。分子ふるい機能ナノファイバー膜は、ポリウレタンを用いて作成した。ポリウレタンをDMF/THF混合溶媒に10 %となるよう加え、一晩撹拌し、溶解させた。ナノファイバー膜は、エレクトロスピニング法により作製した。エレクトロスピニング法は、ポリマー溶液に高電圧を印加した状態で一定速度で噴霧させることにより、ナノファイバーを作製する方法である。本研究で溶解させたポリウレタン溶液をエレクトロスピニング法により噴霧させ、膜を形成させた。作製した10%ポリウレタン膜はSEM観察により孔サイズを確認した。その結果、10%ポリウレタン膜の孔サイズは1-10μm程度の孔を多数有していることを確認した。PFC電極に10%ポリウレタン膜を被膜し、6μmマイクロビーズ（血球のモデルビーズ）含有下において、前年度条件を確定させたダブルパルスポテンシャルステップ法により尿酸計測を行った。その結果、ナノファイバー膜を被覆していないPFC電極を用いた場合、マイクロビーズ含有量の増加に依存し、電流応答値が減少した。一方で被膜したPFC電極を用いた場合、マイクロビーズ含有量に関わらず、応答電流値が増減せず安定した。以上の結果から、本年度は上記手法により、物理的阻害物である血球の影響を受けず、尿酸を選択的に計測することが可能であることを示唆した。

该研究项目的目的是开发一种血尿酸生物传感器系统，可以轻松测量血尿酸水平。今年，我们验证了原定于计划第三年和第四年进行的“具有分子筛功能的含铜纳米纤维膜的制造条件考察”。血液中96%的血细胞是红细胞。由于红细胞的直径为6.0-9.0μm，在本研究中，我们制造了孔径在6μm左右的纳米纤维膜，旨在制造具有分子筛功能的纳米纤维膜，可以粗略地分离红细胞。使用聚氨酯制造了具有分子筛功能的纳米纤维膜。将聚氨酯加入到DMF/THF混合溶剂中，使浓度为10％，并将混合物搅拌过夜以溶解。采用静电纺丝法制备纳米纤维膜。静电纺丝法是通过在施加高电压的同时以恒定速度喷射聚合物溶液来生产纳米纤维的方法。在这项研究中，通过静电纺丝喷涂溶解的聚氨酯溶液以形成薄膜。通过SEM观察确认所制备的10%聚氨酯膜的孔径。结果证实10％聚氨酯膜具有许多孔径为约1-10μm的孔。 PFC电极上涂有10%的聚氨酯薄膜，并在6μm微珠（血细胞模型珠）的存在下，使用去年建立的双脉冲电位阶跃法测量尿酸。结果，当使用未涂覆纳米纤维膜的PFC电极时，电流响应值根据微珠含量的增加而降低。另一方面，当使用涂层 PFC 电极时，无论微珠含量如何，响应电流值都保持稳定并且不会增加或减少。基于上述结果，今年我们提出，可以使用上述方法选择性地测量尿酸，而不受作为物理抑制剂的血细胞的影响。