● Tissue engineering

Lab on a chip research

三次元マイクロピラー構造を用いた電極の高感度化

研究目的

サンプル中の微量タンパク等を検出する上で、センサの高感度化は必須である。従来からフローインジェクション法は高効率な測定手法とされてきたが、一般的な平面電極による測定では、流路中を流れる電極反応物の捕捉率は数%以下と非常に低く、実用化を目指す上で大きな問題となっている。そこで、この問題を解決するために、チップ上の作用極を三次元ピラー構造とし、その有効性について評価を行った。

研究内容

ガラス基板上に直径10、20及び30 μm の微小ピラーを500 x 500 μmの範囲に形成し作用極とした。この基板上にマイクロ流路を形成したポリジメチルシロキ酸(PDMS)基板を貼り合わせ、フローシステムを形成した。アスコルビン酸溶液を送液して応答電流を測定した結果、直径 10 μm ピラー電極では、平面電極に比べ12.9倍の高感度化が達成された。さらに、作用極表面に金黒と呼ばれる多孔質構造を形成させ、表面積の大幅な増大による感度の向上を検討した。その結果、直径30?μmピラー電極において、20倍まで感度が向上することが示された。応用として、骨代謝マーカータンパクである骨型アルカリフォスターゼ(BAP)の検出を、電気化学的ELISAにより行った。結果、平面電極に比べ最大で6倍の応答電流値が得られた(Fig. 3)。これらの結果から、マイクロピラー構造が標的タンパクの検出に有効であることが示された。この技術は、様々なマーカータンパクを迅速かつ簡便に検出するデバイスへと応用が可能である。

[参考資料]

S. Numthuam, T. Ginoza, M. Zhu, H. Suzuki, J. Fukuda*, Gold-black micropillar electrodes for microfluidic ELISA of bone metabolic markers, Analyst (IF=3.91), 136 (3) pp.456-8 (2011)