バイポーラ電気化学を基礎とした集積化センシングシステムの構築

基于双极电化学的集成传感系统的构建

基本信息

批准号：
21H01958
负责人：
鈴木博章
金额：
$ 10.48万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01958/
关键词：
バイポーラ電気化学クーロメトリー電気化学発光電気化学回路ポテンショスタット電位制御イオン感応膜金属置換センサアレイマイクロフルイディクス界面電位制御レドックスサイクリング金属置換クーロメトリー

项目摘要

(1) 閉じたバイポーラ系でのアレイ化の推進：21年度の研究で、電極反応が進行するバイポーラ電極（BPE）の両端以外を細いリード線で置き換えることにより、集積化されるセンサ数が大幅に増加できることを示した。22年度はこれを基礎とし、バイポーラクラーク型酸素電極アレイおよび銀置換によりアノード反応を検出する閉じたバイポーラ電極アレイデバイスの作製および評価を進めた。前者は研究がまとまり、投稿準備中である。後者はDNAの一括検出を目指してさらに検討を進める。(2) BPE上の精密電位制御：22年度までの研究で、電流を流さないポリマーイオン感応膜(ISM)およびBPEの一部を含む電気化学回路によるBPE／溶液間の界面電位差の制御に成功し、BPEのカソード、アノードでの電極反応を自由に制御可能になった。現在、論文としてまとめ、投稿する段階にきている。関連する前報は投稿中であり、引用の関係でこれがacceptになった段階で投稿する。(3) ハイブリッド式金属置換クーロメトリー：検出感度を向上させるため、閉じたバイポーラ系で検出対象物質を一旦銀に置換し、これをクーロメトリーで測定する方式のデバイスの開発を進めている。22年度は50マイクロメータの電極アレイを銀の析出に用いて測定条件の検討を中心に進め、期待される応答を高頻度で得られるようになった。現在、タンパク質の一括検出に向け、材料、構造、条件の最適化を進めている。(4) 電気化学回路によるポテンショスタットの作製： 21年度は対極に銀／塩化銀を用い、フェリシアン化カリウムの還元により挙動を解析したが、22年度は対極として亜鉛を用いることにより、より大幅に作用極を分極させ、感度を向上させることができることを確認した。また、対極で銀の還元を起こすことにより、作用極上でアスコルビン酸を酸化させ、信号を得ることができることも確認した。

（1）在封闭双极系统中推广阵列：在2021年的研究中，通过用细导线替换双极电极（BPE）发生电极反应的末端，可以大大增加可集成的传感器数量。结果表明，可以增加基于此，我们于2012年着手制作和评估双极克拉克型氧电极阵列和通过银替代检测阳极反应的封闭双极电极阵列装置。前者的研究已经完成，目前正在准备提交。后者将进一步研究，以批量检测 DNA。 (2) BPE的精确电位控制：通过截至2015财年的研究，我们成功地使用不导电的聚合物离子敏感膜(ISM)和包含部分的电化学电路来控制BPE和溶液之间的界面电位差。这使得可以自由控制 BPE 阴极和阳极的电极反应。我们目前正处于编写和提交论文的阶段。目前正在发布相关的初步报告，一旦因引用原因被接受，将发布。 (3)混合金属置换库仑法：为了提高检测灵敏度，我们正在开发一种使用封闭双极系统用银代替目标物质，然后使用库仑法进行测量的装置。 2012财年，我们重点研究了使用50微米电极阵列进行银沉积的测量条件，并能够获得预期的高频响应。我们目前正在优化大量蛋白质检测的材料、结构和条件。 (4) 使用电化学电路制作恒电位仪：在2009财年，我们使用银/氯化银作为对电极，并通过还原铁氰化钾来分析其行为，但在2013财年，我们使用锌作为对电极，并分析了效果更重要的是，证实了通过极化两极可以提高灵敏度。还证实，通过在对电极处还原银，可以氧化工作电极上的抗坏血酸并获得信号。