報告書番号

V10027

タイトル（和文）

次世代PCBバイオセンサーの開発（その１）-マイクロ流体デバイスを用いた絶縁油中PCB分析の前処理法-

タイトル（英文）

Development of next-generation PCB biosensor [Part 1] - Pretreatment method based on microfluidic device for PCB analysis in insulating oil -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

絶縁油への微量のPCB汚染が報告され、迅速で安価なPCB測定法が求められている。当所では抗原・抗体反応を利用した安価で迅速なPCBバイオセンサーを開発し、2010年に環境省の推奨法となった。一方、近年、小型・迅速・安価な分析システムとしての実用が期待されるマイクロ流体デバイス注1）が注目されている。マイクロ流体デバイスを利用した次世代PCBバイオセンサーを実現できれば、試薬量の低減や操作の簡便化が期待され、更に安価で迅速なPCB測定法を提案できる可能性がある。そこで本研究の目的を、次世代PCBバイオセンサー開発として、10分の1以下の試薬量で絶縁油の前処理が可能な手法の開発とした。具体的には、要素技術として絶縁油分解とPCB分配のデバイスをそれぞれ設計・作製し、評価した。絶縁油分解カラムをキャピラリー化することにより、分解に用いる高価な試薬を現行比で12分の1量までの低減に成功しつつ、カラムの操作条件を検討し、現行法と同程度の44%のPCB回収率を得た。微量の分解後の絶縁油からPCBを抽出するため、マイクロ空間の基礎物理特性を明らかにし、微量液体（7μL）を精密に制御するマイクロ流体デバイスを設計・開発した。窪み構造を流路両側に配した形状を作製し、表面性質が支配するマイクロ空間での流れ場で、効率的なPCB抽出が可能であることを、新しい流体制御法として原理立証した。なお、模擬試料による検討から、抽出効率は現行法の10倍程度に向上していた。今後、分解カラムと抽出の一体化を検討し、微量で安価に前処理を可能とするマイクロ流体デバイスを構築する。

概要 （英文）

The development of a rapid and low-cost PCB analysis method is required because the contamination of trace amounts of PCBs in insulating oil has been reported. For this purpose, the use of a PCB biosensor developed by us on the basis of our research efforts in the biotechnology field was suggested by the Japanese Ministry of the Environment in 2010. Recently, analysis methods based on microfluidic devices have attracted attention because they appear to be promising candidates for practical use as a compact, rapid, and low-cost analysis system. It is suggested that the development of a next-generation PCB biosensor based on microfluidic devices may make it possible for the PCB analysis method to be faster and more economical by reducing the reagent amounts required and simplifying the process. The aim of this work is the development of a microfluidic device to reduce the reagent amounts required for the pretreatment of insulating oil as the elemental technologies. The successful operation of columns that can reduce the amount of reagent used to one-twelfth of that used in the present method was successfully demonstrated. Because the recovery rate obtained using the capillary column was comparable with that obtained using the present method, these columns have a potential for application in a novel pretreatment method. Microfluidic devices for the extraction of PCB into 7 microliter of DMSO from a small volume of insulating oil were designed and fabricated by considering the fundamental physical properties of microflow. The principle of highly efficient extraction of PCB and the efficacy of the novel microfluidic control method based on this principle were verified experimentally; the experimental verification involved using DMSO confined in 2400 microrecesses, each having a volume of 3.1 nL, aligned along both sides of the microchannel. PCB extraction efficiency obtained using the microfluidic device was found to be 10 times higher than that obtained using the present method. In the next stage, these devices will be interfaced, evaluated and improved.

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