高村(禅)研究室 高村 禅 教授

Photo: 高村 禅 教授

〈専門分野〉微小流体デバイス、バイオチップ、微細加工、プラズマ
〈キーワード〉N/MEMS、グリーンイノベーション、バイオマテリアル・デバイス、ライフイノベーション、新医療技術

微細加工を駆使した次世代バイオチップ研究

研究内容

 半導体プロセスを応用して、ウエハ上に小さな流路や反応容器、分析器等を作りこみ、一つのチップの上で、血液検査等に必要な一通りの化学実験を完遂させようという微小流体デバイス、μTAS(micro total analysis systems)やLab on a chipと呼ばれる研究分野が急速に発展しています。これは、病気の診断、創薬、生命現象の解析に応用でき、大きな市場と新しい学術分野を開拓するものとして期待されております。
 また、いろいろな形状の微小流路内を、流体や大きな分子が流れるときの挙動は、ブラウン運動や界面の影響が支配的で、流体力学でも分子動力学でも扱えない新しい現象を含んでいます。当研究室は、このような新しい現象をベースに、ナノとバイオを融合した次世代のバイオチップ創製を目指した研究を行っています。主なテーマを次に示します。


図1. テーパ形状流路によるDNA のトラップ

図2. 汎用集積化バイオ化学チップの開発

1. テーパ状流路を用いた生体分子の選択的トラップ研究

 図1のようなテーパ- 形状の流路にDNAを流し、電場と圧力場を逆向きに印加すると、流路の狭い部分に長いDNAが選択的にトラップされる現象が発見されました。本研究室では、このトラップ現象の解明のほか、これを応用した1細胞の遺伝子発現解析など様々な応用研究も進めます。

2. 高性能電気浸透流ポンプと集積化バイオ化学チップの開発

 高機能バイオチップの実現には、チップ内での流体の駆動機構と、高感度な検出器の開発が重要になります。本研究室では、電気浸透流をはじめ様々なチップ内での液体駆動機構と、ナノ材料を駆使した新しい検出器の開発を進めています。これらを用いて、生化学反応の処理シーケンスを完全後プログラム可能な汎用微小流体チップの開発を目指しています(図2)。これは溶液系のナノテクノロジー研究や、生命研究のプラットフォームになると期待して、鋭意研究を進めております。

3. 液体電極プラズマを用いたマイクロ元素分析器の開発

 中央を細くした微小な流路に液体のサンプルを導入し、高電圧を印加するとプラズマが発生します。このプラズマからの発光を分光することにより、サンプル中の元素の種類と量を簡単・高感度に測定することができます。この原理を用いて、食物、井戸水、土壌工場廃水・廃棄物に含まれている有害な金属(Hg、Cd、Pb など)などを、オンサイトで測定できるマイクロ元素分析器の開発を行っています。

使用装置

電子ビーム描画装置、マスクアライナー、スパッタ成膜装置、ドライエッチング装置、蛍光顕微鏡、分光装置、電気化学測定器、走査プローブ顕微鏡

過去5年間の主な研究業績

  1. Suguru Shiohara, Miyuki Chikae, Yoshiaki Ukita, Hiromi Ushijima, Yasukazu Fukumura, Toshinari Takamura, Yuzuru Takamura, Development of the automated gold-linked electrochemical immunoassay system for blood monitoring, Microsystem Technologies,20, 273-279, (2014).
  2. Nguyen Xuan Viet, Miyuki Chikae, Yoshiaki Ukita, Kenzo Maehashi, Kazuhiko Matsumoto, Eiichi Tamiya, Pham Hung Viet and Yuzuru Takamura, Gold-linked electrochemical immunoassay on single-walled carbon nanotube for highly sensitive detection of human chorionic gonadotropin hormone, Biosensors and Bioelectronics, 42, 592-597, (2013).
  3. Amara Apilux, Yoshiaki Ukita, Miyuki Chikae, Orawom Chilapakul and Yuzuru Takamura, Development of Automated Paper-Based Devices for Sequential Multistep Sandwich Enzyme-Linked Immunosorbent Assays Using Inkjet Printing, Lab Chip,13(1), 126-135, (2013).
  4. Atsushi Kitano, Akiko Iiduka, Tamotsu Yamamoto, Yoshiaki Ukita, Eiichi Tamiya, and Yuzuru Takamura, Highly Sensitive Elemental Analysis for Cd and Pb by Liquid Electrode Plasma Atomic Emission Spectrometry with Quartz Glass Chip and Sample Flow, Anal. Chem., 83, 9424-9430 (2011).
  5. Y. Tomizawa, E. Tamiya, Y. Takamura, Trapping probability analysis of a DNA Trap using Electric and Hydrodrag force fields in tapered microchanels, Physical Review E, 79(5), 051902-1-051902-8, (2009).
連絡先

高村 禅/E-mail:takamura@jaist.ac.jp TEL:0761-51-1661 FAX:0761-51-1665
URL:http://www.jaist.ac.jp/ms/labs/takamura/index.html

ナノとバイオをキーワードに、生物、化学、物理、電気を融合した新しい産業、学術分野の開拓に魅力を感じる方、一緒にやりませんか? 連絡をお待ちしております。