報告書番号

V11050

タイトル（和文）

次世代PCBバイオセンサーの開発（その2） -マイクロ流体デバイスを用いた絶縁油中PCB分析の簡易・迅速前処理法-

タイトル（英文）

Development of next-generation PCB biosensor [Part2] - Simple and rapid 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、試薬量を低減しつつ操作を簡便化するための絶縁油分解カラムとマイクロ流体デバイスのそれぞれの要素技術を開発し、それらを連結した前処理法を確立することを目的とした。絶縁油分解カラムをキャピラリー化し、試薬量を5分の1に低減しつつ、処理時間を6分の1に短縮可能な絶縁油分解カラムを開発した。開発したカラムを用いた場合のPCB回収率は、現行法と同等であった。微量のDMSO（14.8 μL）を精密に操作するマイクロ流体デバイスを設計・作製した。窪み構造を流路両側に配した形状を作製し、効率的なPCB抽出が可能であることを原理立証した。絶縁油分解カラムとマイクロ流体デバイスを連結し、カラム溶出液から、蒸発濃縮することなく、直接PCBを高濃度に抽出する手法を確立した。模擬試料により感度を評価したところ、現行法と本法の測定範囲が0.09-5.22と0.12-6.79 mg/kgと推算され、汚染判定基準である0.5 mg/kgを測定可能であった。前処理時間は、現行法と本法でそれぞれ21分と19分であり、同等であった。現行法ではエバポレーターによる蒸発濃縮操作が必要となるが、本法では不要となり、小型かつ安価で迅速な前処理法を提示した。今後、多検体同時測定可能なマイクロ流体デバイスを開発し、実サンプルを用いて前処理法を評価し、プロトタイプを提案する。

概要 （英文）

Contamination due to trace amounts of PCBs in insulating oil has been reported, and therefore, a rapid and low-cost PCB analysis method is required. For this purpose, the use of a PCB biosensor developed by us was suggested by the Japanese Ministry of the Environment in 2010. Recently, analysis methods based on microfluidic devices have attracted attention because these devices appear to be promising candidates for practical use as a compact, rapid and low-cost analysis system. It is suggested that a next-generation PCB biosensor based on microfluidic devices may make the PCB analysis method faster and more economical by reducing the required reagent amounts and simplifying the processes. The aim of this work is to develop a column and a microfluidic device to realize component technologies that can reduce the amounts of reagents required for the pretreatment of insulating oil. Then, the component technologies are interfaced for flow-through pretreatment. A column that can reduce the amount of reagent required to one-fifth of that required in the PCB biosensor was developed. A six-fold faster process was realized with a high recovery rate, that was comparable to that obtained using the column for the PCB biosensor. A microfluidic device for the extraction of PCBs from an eluate of the column into 14.8 microliter of DMSO was designed and fabricated by considering the fundamental physical properties of microflow. Microflow control and the principle of the concentrated extraction of PCBs were experimentally verified using DMSO confined in 1212 microrecesses, each having a volume of 12.2 nanoliter, aligned along both sides of the microchannel. The capillary column was interfaced with a microfluidic device for the extraction of PCBs. PCBs in the eluate were directly extracted into DMSO in the microfluidic device without evaporation, which was necessary for the PCB biosensor. The measurement range for the PCB biosensor and microfluidic method were estimated to be 0.09−5.22 and 0.12−6.79 mg/kg, respectively. The Japanese regulation criterion of 0.5 mg/kg could be realized using the microfluidic method. In the next stage, the principle of the method is verified using real samples and a multiple-measurement system based on a microfluidic immunoassay is developed.

報告者

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