医療診断向けPaperMEMS技術の創出に関する研究

医疗诊断PaperMEMS技术的研究

基本信息

批准号：
21651061
负责人：
三宅亮
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21651061/
关键词：
紙 MEMS マイクロ流体医療診断

项目摘要

本研究はMEMS技術による使い捨て診断チップが医療診断分野へ本格的に普及し大量に利用される際に大きな問題となる医療廃棄物としての課題を解決し、かつ低コストの特長も備えた「紙」を基材とした診断チップの新しい製造・デバイス技術-医療診断向けPaper MEMS技術の創出に関するものである。Paper MEMS診断チップを実現するためには(1)定量性・液状試薬適用性、(2)前処理等も含めた全自動化という課題を克服する必要がある。本研究期間においては課題(2)前処理等も含めた全自動化のために、紙の吸水性を利用した送液方法などを試行し簡易かつ上記製造工程で実装可能な流体アクチュエータ技術を開発することを目的とした。まず紙の吸水性を利用してマイクロ流路内の液体を吸引する方法を試みたが紙組成のばらつきから流量安定性に欠けることが判明したため、マイクロインプリントにより多数に分岐したマイクロ流路網を設け、その毛細管力にて吸引する方法を提案した。また多様な物性の試薬や試料においても同等の吸引速度を得るために、吸引専用の駆動液に分節空気を介して試薬・試料を吸引する方法を提案した。そのため吸水性ポリマーを練り込んだ機能性紙材及びその製法を新たに開発し、ポリマーの膨張により一定時間後に導入口が自動で閉まる構造を開発した(世界初、特許出願済)。平成21年度に開発したモデルベースによる流動解析手法と実験検討により流路寸法と毛細管力による吸引流量の関係を評価(300μm幅のマイクロ流路→流速～10mm/s、14流路で10μL/s以上)し、それを基に分岐流路を備えたアクチュエータ評価用チップを設計・試作(50μm幅のマイクロ流路×32分岐)した後、実際に試作・評価したところ、駆動液にて多種の物性の液を安定して吸引可能であることを確認した。なお本研究成果を受けて次のステップとして、H23年度には、インクジェットプリンタを改良し自動での試薬・試料のシーケンス駆動を行う方式の開発、また紙チップ上に光計測セル、電気化学センサの構成技術について研究を継続中である。

这项研究旨在解决医疗废物问题，当基于MEMS技术的一次性诊断芯片广泛应用于医疗诊断领域并大量使用基于MEMS技术的诊断芯片的新型制造和器件技术时，医疗废物问题将成为一个主要问题。 “用于医学诊断的纸质 MEMS 技术”。为了实现纸质MEMS诊断芯片，需要克服以下挑战：（1）定量性能和对液体试剂的适用性，以及（2）全自动化，包括预处理。在本研究期间，我们将开发一种简单且可在上述制造过程中实施的流体致动器技术，通过测试利用纸张吸水特性的液体输送方法，以完全自动化任务（2），包括预加工目的是为了处理。首先，我们尝试了一种利用纸的吸水性来抽吸微通道中液体的方法，但结果发现，由于纸张成分的变化，流速不稳定，因此我们通过微压印创建了一个分支为多个的微通道网络我们提出了一种利用毛细力的抽吸方法。此外，为了使不同物理性质的试剂和样本获得相同的吸取速度，我们提出了一种利用专用于吸取的驱动液，通过分段空气吸取试剂和样本的方法。为此，我们开发了一种融合了吸水性聚合物的新型功能性纸材料及其制造方法，并开发了一种在一定时间后由于聚合物的膨胀而使入口自动关闭的结构（世界上最先进的纸材料）。首先，正在申请专利）。使用2009年开发的基于模型的流动分析方法和实验研究评估流道尺寸和由于毛细管力引起的吸入流量之间的关系（300μm宽的微流道→流速〜10mm/s，10μL/s 14 个通道）或更多）基于此，我们设计并原型制作了具有分支流路（50μm宽的微通道×32个分支）的执行器评估芯片，当我们实际原型制作并评估它时，我们发现驱动液体稳定了具有各种物理性质的液体。确认可以进行抽吸。基于这项研究成果，2011财年的下一步是改进喷墨打印机并开发试剂和样品的自动序列驱动方法，以及开发纸芯片上的光学测量单元和电化学传感器的研究。配置技术正在进行中。