粘膜における気液相互作用をMEMS技術で模倣した生化学式ガスセンサの創生

使用 MEMS 技术创建模拟粘膜中气液相互作用的生化气体传感器

基本信息

批准号：
20656067
负责人：
工藤寛之
金额：
$ 1.86万
依托单位：
Tokyo Medical and Dental University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

嗅覚の粘膜構造を意識した湿潤型の感応部構造を構築することで、環境医学を志向した生化学式ガスセンサを開発した。デバイスの開発では、ポリジメチルシロキサンのモールディングにて多数のマイクロピラー構造を配列した微細構造を開発し、湿潤型のセンサ感応部を構築し、酸素センサ等に応用した。また、ガス成分での光学計測法として、アルコール脱水素酵素を固定化した感応膜に酸化型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD+)を含むリン酸緩衝液を供給することで湿潤させ、基質成分であるアルコールを認識することで生成された還元型のNADHを蛍光にて計測する手法を確立した。実験では、2分岐型の光ファイバの一方に中心波長335nmの紫外線LED光源を、もう一方に分光器を接続し、励起光をプローブに導入、プローブ近傍で発生したNADHの蛍光を同軸にて計測するシステムを構築した。本システムにアルコールガスを負荷したところ、上記感応膜におけるNADHの産生を示す491nmの蛍光が観察され、ヒトの嗅覚を上回る感度にて(定量範囲:0.3-300ppm)でアルコールガスの定量が可能で、高いガス選択性を有するNADH蛍光検出型生化学式ガスセンサの性能が確認された。開発した手法は卓上型のコンパクトなシステムにて、多様なガスを非常に高い感度、選択性で簡便に連続計測が可能な点が特徴である。この手法では酵素の種類を変更するだけで、ホルムアルデヒドなど多様なガス成分に応用展開可能であり、将来的には健康的な生活環境を構築するための環境マネジメント等への応用が期待される。

我们通过构建考虑嗅粘膜结构的湿传感结构，开发了一种针对环境医学的生化气体传感器。在器件的开发中，我们开发了一种在聚二甲基硅氧烷成型中排列有大量微柱结构的微结构，构建了湿式传感器传感部分，并将其应用于氧传感器等。另外，作为使用气体成分的光学测量方法，我们建立了通过供给含有作为底物成分的氧化烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的磷酸盐缓冲溶液来润湿固定有乙醇脱氢酶的敏感膜的方法。测量使用荧光识别酒精产生的还原 NADH。实验中，将中心波长为335 nm的紫外LED光源连接到分叉光纤的一端，另一端连接光谱仪，将激发光引入探头，发出荧光我们构建了一个系统来同轴测量探针附近产生的 NADH。当该系统加载酒精气体时，观察到491 nm荧光，这表明敏感膜中产生了NADH，并且可以以超过人类嗅觉的灵敏度对酒精气体进行定量（定量范围：0.3） -300 ppm），证实了具有高气体选择性的NADH荧光检测生化气体传感器的性能。所开发的方法的特点是能够使用紧凑的桌面系统以极高的灵敏度和选择性轻松连续地测量各种气体。该方法只需改变酶的种类即可应用于甲醛等多种气体成分，未来有望应用于环境治理，打造健康的生活环境。