医療応用を目指したインテリジェント微小分析チップシステムに関する研究

针对医疗应用的智能微分析芯片系统研究

• 批准号: 03J50501
• 负责人: 野田 俊彦
• 金额: $ 1.66万
• 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: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J50501/
• 关键词: 血液検査; micro-TAS; Lab.-on-a.chip; 吸光光度測定; その場診断(point of care); インテリジェント・ヒューマン・センシング; Lab.-on-a-chip; μTAS; 血液分析; 微小流路

前年度までの研究において、試作チップの詳細な性能評価を行った結果、血液検査チップとしての有効性が証明されたが、更なる改良の余地が見出された。そこで今年度は、この点を考慮した設計変更を行い、さらなる特性向上を目指した改良型のチップを設計、試作、評価した。改良型のチップには複数の吸光光度測定センサが集積化されており、これらを組み合わせることで参照溶液の不要化を実現した。これによりチップの使用方法が大幅に簡略化され、実用を目指すうえで大きな利点となる。さらに前年度中に検討済みの搭載要素である同期検出機構について詳細な回路設計、シミュレーションを行い、チップ内に集積化した。また、従来チップでは手作業によっていた溶液前処理をチップ内で行う為、溶液温度制御機構を備えた2溶液混合-反応流路をチップ内に形成した。上記特徴を持つマイクロチップの作製には、MOS集積回路とMEMS要素の一体化という特殊技術が必須である。そこで、豊橋技術科学大学の半導体研究設備を活用し、また前年度までに蓄積したチップ作製プロセス技術をベースにして、今回設計したチップに適合するようにプロセスを変更し、チップの作製に成功した。作製チップの特性評価を行ったところ、MOS集積回路は設計どおりに動作し、同期検出機構は良好な雑音除去特性を示した。またセンサ部分の評価においては、参照溶液の不要化を実現したことを実験的に明らかにした。直線性評価、ダイナミックレンジ評価において、試作チップが血液検査用として十分な特性を持っていることが明らかになったが、測定再現性についてはより詳細な測定および検討が必要である。

在截至前一年的研究中，对原型芯片进行了详细的性能评估，证明了其作为血液检查芯片的有效性，但发现了进一步改进的空间。因此，今年我们考虑到这一点，进行了设计变更，设计、试制并评估了改进的芯片，以进一步提高其特性。改进后的芯片集成了多个吸光度测量传感器，通过组合这些传感器，不再需要参考解决方案。这大大简化了芯片的使用方式，这是其投入实际应用的一大优势。此外，我们对前一年考虑的同步检测机制进行了详细的电路设计和仿真，并将其集成到芯片中。此外，为了在芯片内部进行溶液预处理，而这在传统芯片中是手动完成的，我们在芯片中创建了一个两溶液混合/反应通道，并配备了溶液温度控制机构。具有上述特性的微芯片的生产需要特殊的技术来集成MOS集成电路和MEMS元件。因此，我们利用丰桥工业大学的半导体研究设施，在去年积累的芯片制造工艺技术的基础上，改变了工艺以适应这次设计的芯片，并成功制造了芯片。对所制造芯片的特性评估表明，MOS 集成电路按设计运行，同步检测机制表现出良好的噪声消除特性。此外，在传感器部分的评估中，实验证明不需要参考溶液。尽管线性和动态范围评估表明原型芯片具有足够的血液测试特性，但在测量再现性方面还需要更详细的测量和研究。

项目成果

Toshihiko Noda: "Characteristics of High-Resolution Hemoglobin Measurement Microchip Integrated With Signal Processing Circuit"Japanese Journal of Applied Phisics. Vol.43 NO.4B(未定). (2004)

Toshihiko Noda：“集成信号处理电路的高分辨率血红蛋白测量微芯片的特性”日本应用物理学杂志第 43 卷 NO.4B（待定）。

Performance of Absorption Photometry Microchip for Blood Hemoglobin Measurement Integrated with Processing Circuits and Si(110) 45°2-Mirrors

集成处理电路和 Si(110) 45°2 镜的用于血红蛋白测量的吸收光度微芯片的性能

• 发表时间: 2006
• 期刊: Sensors and Actuators B (採択済み)(掲載号未定)
• 作者: Toshihiko Noda;Hidekuni Takao;Kazunori Yoshioka;Narihiro Oku;Mitsuaki Ashiki;Kazuaki Sawada;Koichi Matsumoto;Makoto Ishida
• 通讯作者: Makoto Ishida

Characteristics of High-Resolution Hemoglobin Measurement Microchip Integrated with Signal Processing Circuit

集成信号处理电路的高分辨率血红蛋白测量微芯片的特点

• 发表时间: 2004
• 期刊: Japanese journal of applied physics 43
• 作者: T.Noda;H.Takao;M.Ashiki;H.Ebi;K.Sawada;M.Ishida
• 通讯作者: M.Ishida

Toshihiko Noda: "A High Resolution Hemoglobin Measurement Cell Integrated With Signal Processing Circuit"Extended Abstracts of the 2003 International Conference on Solid State Devices and Materials. 694-695 (2003)

Toshihiko Noda：“与信号处理电路集成的高分辨率血红蛋白测量单元”2003 年国际固态器件和材料会议的扩展摘要。