成果報告書詳細
管理番号20140000000779
タイトル平成22年度-平成23年度成果報告書 SBIR技術革新事業「生物剤・化学剤・爆発物用小型SPR分析装置に関する研究開発」
公開日2014/12/27
報告書年度2010 - 2011
委託先名九州計測器株式会社 国立大学法人九州大学
プロジェクト番号P08015
部署名イノベーション推進部
和文要約件名:平成22年度-平成23年度成果報告書 SBIR技術革新事業 生物剤・化学剤・爆発物用小型SPR分析装置に関する研究開発

生物剤や化学剤や爆発物等への脅威に対して、今日では様々な検知技術や装置が研究開発され高感度な検知が可能となっている。しかしながら、現状ではそれらに1台で対応し、しかもオンサイトでの使用が可能な小型かつ高感度に検知できる装置は未だない。
抗原抗体反応と表面プラズモン共鳴(SPR)現象を組み合わせた検知方法によれば、生物剤と爆薬のように分子サイズが極めて異なる物質でも同一の装置で検知が可能である。
この装置は検出系には可動部がなく、小型化、低コスト化が見込まれる。我々は共同研究先の大学等が持つ優れたシーズを活かしつつ、オンサイトで実用可能な装置の開発を行った。
具体的な測定ターゲットには、菌類として大腸菌O-157(1μm以上)、毒素としてエンテロトキシン、爆薬としてトリニトロトルエン(TNT)を用いた。爆薬についてはさらにトリメチレントリニトロアミン(RDX)、ジニトロトルエン(DNT)についても最適な検知条件を求めた。その結果、目標値をクリアするか、近い値を得ることができた。
本研究開発では、基本型となる直接法対応タイプ(1次試作機)と、爆薬等の低分子成分も検知可能な置換法対応タイプ(2次試作機)の2台を試作した。試作した装置の寸法は、幅345、高さ290、奥行220mm、重量は、約9kgとなりR&Dにおける目標をほぼ達成したものといえる。なお、本試作機はどちらもタッチパネル式モニタとコンピューターを内蔵しており、これによりオンサイトでの使い易さと小型化を両立させることに成功した。
また、測定感度をあげるための濃縮ユニットも試作して評価を行い、10倍以上の濃縮率とすることができた。これについてはさらに濃縮操作と構成機器をみなおして濃縮率の向上を図りたい。
分析に使用するセンサチップについては事業性も考慮して、抗体(標準としてオブアルブミン抗体)を固定化したもので、その保管の方法と期間について確認実験を行い、商用としては2カ月間(実験結果では最大6カ月間)の保管期間を満足する方法を見出した。
R&Dの事業期間中においても、1次試作機を展示会へ参考出展することなど広報活動を行い、大学等の研究機関を中心に複数機関からのニーズを得られた。これらは本技術開発の調達が想定される公的機関に留まらず、一般への販売が見込めることから事業化の目途がたったと確信させるものである。
英文要約Title: Technology Innovation Program for Small Business Innovation Research (SBIR) / Development of SPR sensor for detection of biological agents, chemical agents and explosives (FY2010-FY2011)

Nowadays, a variety of detection technologies and devices for biological agents, chemical agents and explosives with high sensitivity are researched and developed. However, there is no system, which can detect these all target with small size and high sensitivity. On the other hand, SPR (surface plasmon resonance) measurement instrument with antigen antibody interaction can detect both of large molecule such as biological agent and small molecules such as explosives. The SPR instrument does not have movable part in the detection part and it can be made with small size and low cost. We developed the SPR instrument, which can be used on the site, by applying seeds of collaborating research institutes. It can detect various target substances by using the antibody which has specificity to the target substance. Our purpose is a development of SPR instrument, which can detect "biological agents", "chemical agents", and "explosives" on the site.
We develop procedures for detection of multi danger using SPR measurement with antigen-antibody interaction.
We selected O-157 strain of the E.coli bacteria as a target of biological agent, enterotoxin as a target of chemical agent, trinitrotoluene as a target of explosive. Furthermore, trimethylenetrinitroamine (RDX) and dinitrotoluene (DNT) were added as targets. We carried out the experiment for modification process and obtaining a limit of detection on each sensor surface for each target. As a result, we obtained that limit of detections are achieved to target values or are closed to target values.
The first prototype for basic measurement with direct method and the second prototype were developed in this program. The dimensions of the prototype are W345 mm, H290 mm, D220 mm. The weight is about 9 kg. The target value for specification of prototype in R&D stage were achieved. Easy operation on the site and small size were realized, because these two prototypes have a built-in touch panel monitor and a computer.
A pre-concentration unit was developed experimentally and performances of the pre-concentration unit were tested. The concentration rate was over 10 times. Concentration rate will be improved by optimizing the operation and system components.
It was found for business that storage condition for keeping the performance of sensor chip immobilized antibody (anti-ovalbmin antibody) at least two months (six months is maximum in the experimental result) .
The first prototype was run at exhibitions for public relations activity in R&D stage. Needs from several institutes was obtained. The fact indicates that the SPR system can be sold to universities, research institute except for expected user of this program. We got confidence for running business of the SPR system.
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