任意の生体内物質の濃度変化を高感度に検出するＭＥＭＳ光干渉型バイオセンサの開発

开发高灵敏度检测任意生物物质浓度变化的MEMS光干涉型生物传感器

基本信息

批准号：
19J12825
负责人：
高橋利昌
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では, 任意の標的分子の検出に向けた光干渉型表面応力センサ上への分子吸着界面の構築およびセンシングの実証を目的として, 前半に気相中のガス分子を, 後半に液中の神経伝達物質の検出を可能とするセンサの製作を行い, 各標的分子の検出実験を行った.前者に関して, 気相中のガス分子吸着時の応答をより高感度に検出するため, 干渉計の狭ギャップ化によるセンサ応答の向上および可動膜材料の低ヤング率化・薄膜化による表面応力感度の向上を図った. また, 新たに分子吸着層として, 低ヤング率材料のpolymethyl methacrylate (PMMA)を導入し, このPMMAおよび可動膜として機能するParyleneの膜厚や分子吸着層の被覆率を最適化することで, 従来構造に対し表面応力感度を2桁以上向上可能な設計とした. 本設計に基づき, 作製した光干渉計は室温環境下で測定可能である最も高感度な半導体センサと同等の検出下限を有しており, 同検出方式のセンサと比較して1素子あたりの面積は150分の1に小型化しつつ, 検出性能は40倍向上していることから, 携帯可能な小型呼気検査装置としての応用が期待できる.後者に関して, 液中の神経伝達物質を検出するため, 新たに分子吸着層として, 分子インプリント膜を導入した. インプリント材には神経伝達物質のモデル分子としてDopamine（DA）を選択し, 分子インプリント膜内部にDAの鋳型を形成したセンサを製作した. 作製したセンサにおいて, DAを送液した場合とDAを含まないDIWを送液した場合の応答を取得した際, 前者にのみ特異的な応答を取得することに成功しており, 分子インプリント膜により, 濃度数マイクロモル程度の神経伝達物質の検出可能性が示唆された.

在这项研究中，我们的目标是在光学干涉型表面应力传感器上构建分子吸附界面，用于检测任意目标分子，并演示我们制造了能够检测神经递质的传感器，并对每个目标分子进行了检测实验。前者，为了以更高的灵敏度检测气相中气体分子吸附时的响应，我们的目标是通过缩小干涉仪的间隙来提高传感器响应，并通过降低杨氏模量和减薄可移动膜材料来提高表面应力灵敏度。此外，作为新的分子吸附层，我们使用了聚甲基丙烯酸甲酯（一种低分子吸附层）。通过引入PMMA）并优化作为可移动膜的PMMA和Parylene的膜厚度以及分子吸附层的覆盖范围，我们创建了一种可以将表面应力敏感性提高两倍以上的设计。与传统结构相比，基于这种设计，所制造的光学干涉仪的检测限较低，相当于可以在室温环境下进行测量的最灵敏的半导体传感器，并且每个元件的面积是使用相同检测方法的传感器的1/150。小型化后，检测性能提高了40倍，因此有望用作便携式紧凑型呼吸测试设备。针对后者，开发了一种新的分子吸附层作为检测液体中神经递质的解决方案，我们引入了分子印迹膜。我们选择多巴胺（DA）作为印记材料的模型神经递质分子，并制作了在分子印记膜内部形成有DA模板的传感器。当我们获得不含DIW的DIW时的响应，我们成功地获得了响应。仅针对前者，并且使用分子印迹膜，我们能够检测到几微摩尔浓度的神经递质。

项目成果

期刊论文数量（12）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

光干渉型表面応力バイオセンサによる癌腫瘍マーカーの非標識検出

利用光学干涉型表面应力生物传感器无标记检测癌症肿瘤标志物

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
金森亮人;崔容俊;高橋利昌;瀧美樹;澤田和明;高橋一浩
通讯作者：
高橋一浩

Fabrication of Cavity-Sealed Optical Interferometric Surface Stress Biosensor by thin Film Transfer Technique

薄膜转移技术制备腔体密封光学干涉表面应力生物传感器

DOI：
10.1109/transducers.2019.8808637
发表时间：
2019
期刊：
2019 20th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems & Eurosensors XXXIII (TRANSDUCERS & EUROSENSORS XXXIII)
影响因子：
0
作者：
Toshiaki Takahashi;Yong-Joon Choi;Satoshi Maruyam;Miki Taki;Kazuaki Sawada;Kazuhiro Takahashi
通讯作者：
Kazuhiro Takahashi

高い表面応力感度を有する封止キャビティ構造のMEMS光干渉型バイオセンサの作製・評価

高表面应力敏感密封腔结构MEMS光干涉型生物传感器的制作与评价