イノベーション推進機構 産学連携・URA領域

九州工業大学の研究者 -私たちはこんな研究をしています-

情報工学研究院

准教授

坂本 憲児

さかもと けんじ

所属
情報工学研究院
マイクロ化総合技術センター
プロフィール
1973 生まれ
2003 山口大学大学院理工学
    研究科博士(理学)
2008 広島大学ナノデバイス・
    バイオ融合科学研究所
2012 九州工業大学
    マイクロ化総合技術センター

マイクロ流体デバイスの研究に携わり、流体デバイスの医療・バイオ応用、CMOSプロセスとMEMSプロセスの融合研究を行っている。現在の主なテーマは、乳幼児を対象としたアレルギー検査用チップの研究である。マイクロ流体技術を用いて極微量血液から血球細胞の分離を行い、集積化したセンサによりアレルギー検査をする使い捨てチップの研究開発を行っている。またCMOS-MEMS融合プロセスの研究として、連続で微量送液を可能にするマイクロポンプ搭載型遺伝子センサの研究にも取り組んでいる。マイクロ流体技術とLSI技術を融合することにより、簡便な医療検査チップやバイオ研究チップの開発を行っている。

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マイクロTASで世の中を便利に

● 研究テーマ

  • ❖球細胞を用いた次世代アレルギー診断チップの研究
  • ❖マイクロポンプ集積型遺伝子トランジスタの研究

● 分野

MEMS, microTAS

● キーワード

マイクロ流体デバイス、流体力学、CMOS-MEMS、医療検査チップ

● 実施中の研究概要

❖血球細胞を用いた次世代アレルギー検査チップの研究

 食物アレルギーは著しく社会生活を妨げ、時に生命に関わるため、抗原の同定と過敏性の程度の把握は極めて重要となっている。しかし、現行の検査法は信頼性が低い、多くの血液が必要、危険を伴うなどの問題がある。また食物アレルギーの発症は乳幼児に多く、年々増加傾向にある。乳幼児の場合は実際に原因食物を食べさせる負荷試験や血液を大量に取る検査が困難であり、新しい検査方法が必要になっている。そこで私と広島大学医歯薬学部の共同研究により、極微量の採血量100マイクロリットルからアレルギー検査を行える検査チップの研究を行っている。
 血球細胞の中に含まれる好塩基球細胞は人体のコピーのようにアレルギー原因物質に対して反応する。この特徴を活かして生きた好塩基球細胞をセンサ上に置いてアレルギー検査を行う。しかし好塩基球細胞は白血球細胞のわずか0.5%しか存在せず、乳幼児のように採血量が少ないとその分離が困難になる。そこでマイクロ流体デバイスを用いて、極微量の血液から好塩基球を分離し、センサ面へ搬送およびアレルギー検査を行うチップを研究している。

❖マイクロポンプ集積型遺伝子トランジスタの研究

 個人の体質による個別治療(テーラーメード医療)を実現するためには、体質に関わるSNPsなどの特定遺伝子配列を臨床現場で迅速に診断する必要がある。現在の解析装置は一台数千万円~一億円と高額であり、解析には時間がかかり、専門の医療・研究機関でしか使うことはできない。遺伝子の配列解析を臨床現場で迅速に行うためには、簡便で迅速で安価な遺伝子解析のツールが望まれている。遺伝子配列解析ツールの一つである遺伝子トランジスタは、ゲート面に固定化した一本鎖遺伝子の相補的反応を電気化学的に検出する簡便な遺伝子センサである。CMOSプロセスを用いて大量にアレイ化することが可能となれば、数十万~数百万単位の同時並列解析が実現できる。しかし遺伝子トランジスタの解析には、試薬(塩基)や洗浄液を交互に流すための大型のポンプを外部に設け制御する必要があり、装置システムの小型化や操作の簡単化を阻む要因となっている。解析の簡便性をあげるにはポンプとセンサを一体化し連動して測定するシステムが必要であり、試薬送液および解析の高速化が課題である。そこで私はマイクロ流体デバイス技術を用いてポンプを小型化し、遺伝子トランジスタと一体集積化を行い、センシングシステムの小型化の研究を進めている。また生産性を考慮し、CMOSプロセスに適したモノリシック製造法を用いた研究を行っている。

● 今後進めたい研究

 個人の体質による個別治療(テーラーメード医療)を実現するためには、体質に関わるSNPsなどの特定遺伝子配列を臨床現場で迅速に診断する必要がある。現在の解析装置は一台数千万円~一億円と高額であり、解析には時間がかかり、専門の医療・研究機関でしか使うことはできない。遺伝子の配列解析を臨床現場で迅速に行うためには、簡便で迅速で安価な遺伝子解析のツールが望まれている。遺伝子配列解析ツールの一つである遺伝子トランジスタは、ゲート面に固定化した一本鎖遺伝子の相補的反応を電気化学的に検出する簡便な遺伝子センサである。CMOSプロセスを用いて大量にアレイ化することが可能となれば、数十万~数百万単位の同時並列解析が実現できる。しかし遺伝子トランジスタの解析には、試薬(塩基)や洗浄液を交互に流すための大型のポンプを外部に設け制御する必要があり、装置システムの小型化や操作の簡単化を阻む要因となっている。解析の簡便性をあげるにはポンプとセンサを一体化し連動して測定するシステムが必要であり、試薬送液および解析の高速化が課題である。そこで私はマイクロ流体デバイス技術を用いてポンプを小型化し、遺伝子トランジスタと一体集積化を行い、センシングシステムの小型化の研究を進めている。また生産性を考慮し、CMOSプロセスに適したモノリシック製造法を用いた研究を行っている。

● 知的財産権(技術シーズ)

「解析装置及び解析装置の製造方法」特願2010-126339
「検査用シート、化学分析装置及び検査用シートの製造方法」特願2010-190124
「細胞分離チップ」特願2011-111234
「モデル化方法、解析方法及びプログラム」特願2012-007515
「遠隔計測システム」特願2012-008263

● 過去の共同研究、受託研究、産業界への技術移転などの実績

● 地域イノベーション創出総合支援事業 重点地域研究開発推進プログラム平成21年度シーズ発掘試験A(発掘型)
● 平成22年度研究成果最適展開支援事業(A-STEP)フィージビリティスタディ(FS)・ステージ探索タイプ
● 平成23年度科学研究費補助金若手研究B
● 生物系特定産業技術研究支援センターイノベーション創出基礎的研究推進事業 平成23年度技術シーズ開発型 研究若手研究者育成枠

アレルギー検査用細胞分離センサチップ

マイクロポンプ‐センサ集積化デバイス

白血球細胞を用いた細胞分離実験

微量液体送液に用いる疎水膜加工