【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.09】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24TU0163
利用課題名 / Title
電気化学流路デバイスの開発
利用した実施機関 / Support Institute
東北大学 / Tohoku Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代バイオマテリアル/Next-generation biomaterials（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
バイオアダプティブ材料/ Bioadaptive materials,バイオセンサ/ Biosensor,細胞培養デバイス/ Cell Culture Device,スパッタリング/ Sputtering,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,膜加工・エッチング/ Film processing/etching,流路デバイス/ Fluidec Device
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
葛西 重信
所属名 / Affiliation
東北工業大学大学院工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
古林 庸子,八重樫 光志朗,松本 行示,邉見 政浩
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術相談/Technical Consultation
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
TU-001：エッチングチャンバー
TU-052：アクテス スピンコータ#1
TU-058：マスクレスアライナ
TU-060：現像ドラフト
TU-159：芝浦スパッタ装置（冷却型）
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
畜産分野において、より高品質な肉牛・乳牛を得るために、現在、妊娠率・受精率を上げるために改良が進められている。妊娠率を上げるための受精卵(胚)の評価方法として、インキュベータで培養された胚の観察による評価が行われていたが、現在では、タイムラプス撮影を利用した卵割の観察による評価法や、移植直前の胚の呼吸活性測定による評価など、受精卵に関しては評価法が確立されてきている。一方、受精率向上のための生殖細胞の評価法はあまり開発されておらず、高品質な卵子・精子の選択法の確立は観察法以外になされていない。現状不妊治療で使用されている精子の評価方法は、精液量、精子濃度、運動率・運動の質及び正常形態精子率など精子の観察を主とした評価法である(日本生殖医学会参照)。畜産分野では、精液の凍結ストローが使用されることが多く、個別のストロー評価はされておらず、より受精率を上げるためにも生殖細胞の評価法についても開発が望まれている。現在、運動性の高い精子などを分離する微小デバイスはあるが、その呼吸活性を定量的に評価可能な電気化学デバイスの例はない。そこで、哺乳類精子の呼吸活性測定及び前進運動精子を分離し、さらに呼吸活性も計測可能な電気化学センシングデバイスの開発を目的とした。まず、我々は走査型電気化学顕微鏡を使用して精子の呼吸活性について検討し、これらの実験を基に電極サイズ、精子の泳動距離などを検討した。次に前進運動精子を分離することを目的とした電気化学センシングデバイスを検討した概念図を図１示す。精子滴下時で精子が拡散しないように精子を固定化(Sperm collagen spotting)し,Flow control valveを取り付け、誘導物質に向かって進行する直進運動精子の呼吸活性を計測したのちバルブを開放させ、ch2側で進行した活性の高い精子を選別するとともに酸素還元電流でｃｈ２の呼吸活性を計測することが可能であると考え電気化学デバイスを設計した。
実験 / Experimental
図２に設計した電気化学流路デバイスの概念図を示す。また、前進運動精子を分離することを目的とした電気化学センシングデバイスの作成手順を図3に示す。
結果と考察 / Results and Discussion
開発した電気化学センシングデバイスの写真を図4に示す。また、電気化学センシングデバイスは,2点の測定点を持つ.そこで本項ではサイクリックボルタンメトリーを行い,電気化学測定時の挙動を評価した。測定溶液4 mM K4Fe(CN)6溶液を100 mLに100 mL入れ、2極式で計測した各ｃｈのサイクリックボルタングラムを示す。マイクロ電極特有のシグモイダルな曲線が得られ、電極半径はおよそ5.5μmと見積もられた。今回は、ブタ精子の呼吸活性はSECMのみで行ったため今後は開発した電気化学流路デバイスで精子の分離及び呼吸活性の実験的検討を行う予定である。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図１ 電気化学流路デバイスの概念図
図２ 電気化学流路デバイスの概念図
図3 電気化学流路デバイス作製フローチャート
図４ 電気化学流路デバイス写真
図5 電気化学流路デバイスの2chのCV特性
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
謝辞）電気化学デバイス作製工程につきましては,文部科学省マテリアル先端リサーチインフラ事業(東北大学(ご利用の支援分野)プラットフォーム)の支援を受けて実施されました(JPMXP1224TU0163).参考文献） １）Y.Terui, R.Kumagai, Y.Furubayashi, Y.Sakuranaka, T.Matsuzawa, R.Matsuzawa, S.Kasai, Evaluation of Porcine spermActivity Using an Electrochemical Device, The Electrochemical Society Prime 2024 (Honolulu, Hawaii)2024.10 ２) Y.Terui, R.Kumagai, T.Hasegawa, S.Kasai, Realtime monitoring of porcine sperm activity using an electrochemicalchannel device, International Symposium for the 80th Anniversary of the Tohoku Branch of the Chemical Society ofJapan(Tohoku Univ. )2023.09 ３）照井悠真, 熊谷龍馬, 長谷川貴大, 葛西重信, 3chウェルを用いたブタ精子活性の電気化学的評価, 電気化学会第90回大会(東北工業大学)2023.03
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Evaluation of Porcine sperm Activity Using an Electrochemical Device, Y.Terui, R.Kumagai, Y.Furubayashi, Y.Sakuranaka, T.Matsuzawa, R.Matsuzawa, S.Kasai, The Electrochemical Society Prime 2024 (Honolulu, Hawaii)2024.10
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件