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奈良先端科学技術大学院大学
物質創成科学研究科 光機能素子科学講座

奈良先端科学技術大学院大学 光機能素子科学講座からの提案
『オンチップバイオイメージセンサチップ』を用いた小型DNA等検出システム
に関する共同開発の提案



現在,DNAマイクロアレイシステムは研究用途の大規模なものに限られており,オーダメイド医療や遺伝子組み換え食品管理など医療・産業現場で利用可能な小型システムの開発が望まれている。今回,独自開発した光・電気オンチップイメージセンサを用いることで,センサ上でハイブリダイゼーションと計測の両方を行うことを可能とし,光学系を必要としないDNAスポットの検出に成功した。このセンシング技術を実用化するための開発を加速すべく,DNAマイクロアレイ技術に実績を持つ企業との意見交換および共同開発を提案する。

●技術ニーズ
 オーダメイド医療,遺伝子組み換え食品の管理など,DNA分析を応用した医療・産業技術への関心と期待は急速に増大している。一方で,現在の遺伝子分析は,DNAマイクロアレイシステムやDNAシーケンサといった研究用途の大規模なものか,産業・医療の現場で用いられている単機能(単一の生物分子を検出する)試薬ベース判定法に二極化されており,試薬ベース判定技術においては,生物分子の遺伝子を判定基準とするのではなく,分子ごとの特異的な化学反応が利用されている。これらの間を埋める,現場でも使用できる小型で,10-10000程度のDNAやタンパクの遺伝子を並列分析・判定できる計測技術は,DNA分析をオーダメイド医療や遺伝子組み換え食品管理など産業分野への普及のブレイクスルーとして強く望まれている。

●研究テーマ/技術成果
 CMOSイメージセンサ技術をベースとし,独自開発したチップ表面の電位を計測する技術を組み合わせた光・電位デュアルイメージCMOSセンサを開発した。 画素サイズは7.5μmであり,バイオ分子スポット,生体細胞のイメージングに有効な解像度を実現している。イメージセンサ上にDNAスポットを直接研究する試みや,電位イメージングのみ可能なデバイスによる神経細胞活動のイメージングの報告例はあるが,これを一つのセンサに搭載し,同時に光と電位のイメージを取得することが可能なイメージセンサは世界初の試みである。このイメージセンサ上に,DNAスポット計測機能を形成することに成功,チップ上でハイブリダイゼーションと計測の両方を行うことを可能とした。

●特 徴
1. 光学系を必要としない,シンプル・ポータブルなDNAマイクロアレイシステム
2. 光学イメージと電気的イメージの同時取得による多面的な画像解析
3. 水溶液中で動作させることのできるセンサパッケージング
4. 画素サイズ7.5μmを実現,従来のDNAマイクロアレイと同等あるいはより高密度な検出を可能とする解像度


●実用化に向けた課題
1. 電気的計測における1−2桁の感度向上
2. ハイブリダイゼーションプロトコールの最適化
3. チップのカートリッジ化および計測システム・ソフトウェアの完成


●今回の提案内容
 本研究で開発したセンサをコアとするバイオ分子(DNAやタンパク質)マイクロアレイや神経細胞イメージングシステムの実用化を加速するために,DNAマイクロアレイシステムに実績を持つ検査・計測機器メーカ等企業・研究機関との意見交換および,共同開発を提案する。具体的には,センサ感度向上のための技術開発および計測システムの完成度向上を目指す。

●論文/特許実績
1. T. Tokuda, A. Yamamoto, K. Kagawa, M. Nunoshita and J. Ohta, "A CMOS image sensor with optical and potential dual imaging function for on-chip bioscientific applications," Sensors and Actuators A: Physical, 125, No.2 (2006) 273-280.
2. T. Tokuda, K. Tanaka, M. Matsuo, K. Kagawa, M. Nunoshita, and J. Oha, "Optical and Electrochemical dual-image CMOS sensor for on-chip biomlecular sensing applications," Sensors and Actuators A: Physical, in press.
3. T. Tokuda , I. Kadowaki , K. Kagawa , M. Nunoshita , and J. Ohta, "A new imaging scheme for on-chip DNA spots with optical / potential dual-image CMOS sensor in dry situation," Jpn. J. Appl. Phys., in press.
特許出願:2本

●備 考
 本成果は,新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO技術開発機構)産業技術研究助成事業による研究成果です。

【本件に関する問い合わせ先】
奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科   徳田 崇 助手
TEL:0743-72-6054 FAX:0743-72-6052
e-mail:tokuda@ms.naist.jp URL:http://mswebs.naist.jp/index.html

【ニュースリリースはこちら】
・超小型・高機能DNA検出システム実用化に道筋 [2006年12月18日]
【関連記事】
・奈良先端科学技術大学院大学,DNAの特異的結合を光と電位変化で計測できるCMOSイメージ・センサを開発 [2007年03月28日]


記事要点掲載先:Tech-On!Bio-tech

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