早期診断を目的とする自律制御型電気化学マイクロデバイスの開発

开发用于早期诊断的自主控制电化学微型器件

• 批准号: 11J01401
• 负责人: 小嶋 謙一
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J01401/
• 关键词: μTAS; エレクトロウェッティング; 自律的送液; 一電極系; pH; マイクロポンプ; Lab-on-a-chip; 微小電極; PDMS

近年は疾病診断ツールを各家庭や診療所などで、迅速、簡便かつ非侵襲的検査が行えるデバイスが求められている。そこで本研究では日常的に使用できる疾病診断デバイスの開発を目的としている。これを実現するために本年度は溶液の自律的送液機構を構築した。【エレクトロウェッティングを応用した一電極系バルブ】バルブの構造は親水性のガラスと疎水性PDMSからなる2本の分離された微小流路に、一方に金電極、他方に亜鉛電極を露出させ形成した。金電極側の流路に試料溶液を注入すると、金電極ははじめ疎水性であるため、毛細管現象で進行した試料溶液は金バルブ手前で停止した。次に、もう一方の流路に電解液を注入し、亜鉛電極上を通過したとき金電極が分極され、電解液がバルブを通過することが確認できた。【pH応答性バルブ】pH応答性バルブは水素電極を応用した。メイン流路にはバルブとして金のマイクロピラー電極を形成した。水素電極は白金黒電極と水素発生用の電極で構成し、白金黒電極はバルブ電極と接続した。メイン流路と水素電極用チャンバーは液絡で接続し白金黒電極はメイン流路まで延長させた。動作確認の結果、任意のpHで開くバルブが構築できたことが分かった。【論理回路】一電極系バルブと流路形状を組み合わせマイクロフルーディクスによる論理回路を実現した。まずはOR、AND、NOT回路を作製し、所望の動作を行えることを確認した。続いてこれらを組み合わせNAND、NOR、XOR回路を作製した。【電気化学的マイクロポンプ】動作原理は一電極系を応用し電極電位を制御することにより、気泡(水素ガス)を膨張・収縮させ、溶液の排出と吸引を可逆的に行った。複合電極には亜鉛-白金黒-銀を用いた。【統合デバイス】上記の各要素を組み合わせた統合デバイスを作製した。このデバイスを用いて尿素、クレアチニンの生化学分析を同時かつ自律的に行えることを確認した。

近年来，人们需要能够在家庭和诊所中执行快速、简单和非侵入性疾病诊断工具的设备。因此，本研究的目的是开发一种可以日常使用的疾病诊断设备。为了实现这个目标，我们今年构建了一个自主的解决方案交付机制。 [使用电润湿的单电极阀] 该阀的结构是通过在由亲水性玻璃和疏水性PDMS制成的两个单独的微通道中暴露一侧金电极和另一侧锌电极而形成。当将样品溶液注入金电极侧的通道时，由于金电极最初是疏水性的，因此样品溶液由于毛细管现象而前进并在金阀之前停止。接下来，将电解液注入另一个通道，当其经过锌电极时，金电极被极化，确认电解液通过了阀门。 [pH 响应阀] pH 响应阀使用氢电极。金微柱电极形成为主通道中的阀门。氢电极由铂黑电极和氢气产生电极组成，铂黑电极与灯泡电极连接。主流路和氢电极室通过液接部连接，铂黑电极延伸至主流路。确认其动作的结果是，可以构建在任意pH值下打开的阀门。 [逻辑电路] 通过组合单电极阀和流路形状，实现了使用微流体的逻辑电路。首先，我们创建了“或”、“与”和“非”电路，并确认它们可以执行所需的操作。接下来，我们将它们组合起来创建 NAND、NOR 和 XOR 电路。 【电化学微型泵】其工作原理是采用单电极系统，控制电极电位，使气泡（氢气）膨胀和收缩，可逆地排出和吸入溶液。复合电极采用锌-铂黑银。 [集成设备] 我们创建了一个结合了上述各个元素的集成设备。我们证实，使用该设备可以同时、自主地进行尿素和肌酐的生化分析。