Suehiro & Nakano Lab.

誘電泳動インピーダンス計測法による
迅速かつ簡便な細菌・ウイルス・DNA検出

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誘電泳動（Dielectrophoresis, DEP）とは外部電界によって分極した誘電体粒子に作用する静電気力によって、粒子が高電界または低電界領域に駆動される動電現象のことです。直流電界を用いる電気泳動と異なり、誘電泳動では交流電界を用いることができるので、水に懸濁した細胞などの生体物質を水の電気分解を抑制しつつ操作することができます。更に、細胞の誘電特性の周波数依存性を利用して、細胞の分離同定などに応用することもできます。このような特徴を生かして、誘電泳動をバイオテクノロジーに応用する試みが近年活発になっています。

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1996年，我が国では病原性大腸菌O157による集団食中毒が大きな社会問題となりました。このような問題を解決するため、簡易・迅速・低コストでかつ自動化が可能な細菌検査法が強く求められています。また，食品の品質管理以外に，医療診断や環境アセスメントなどの分野でも簡易かつ迅速な細菌検出法に関するニーズが存在します。私達は、誘電泳動と電気インピーダンス計測を組み合わせた新しいバクテリア検出法である”DEPIM”を開発しました（特許出願中）。DEPIMでは、誘電泳動により細菌を集積型マイクロ電極上で濃縮し、その時の電極間インピーダンスの変化から細菌濃度を定量的に推定できます。

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DEPIMは培養法などの従来の細菌検出法に比べ簡便かつ迅速であるという特徴を有しています。また、細菌物性値の活性依存性や抗原抗体反応を利用することにより、菌活性や菌種による選択的検出も可能です。更にパルス電界によって細菌の細胞膜を破壊して細胞質に含まれる電解質イオンを流出させることにより、1ccあたり100個程度の細菌を３時間以内に定量的に検出することができます。現在、産学共同研究により、食品衛生管理や口腔衛生管理に応用可能なDEPIM装置の実用化にも取り組んでいます。

研究業績


  1. Rapid microbead-based DNA detection using dielectrophoresis and impedance measurement
    EPL, Volume 108, Issue 2, 1 October 2014, Article number 28003 (5 pages)
    M. Nakano, Z. Ding, H. Kasahara and J. Suehiro
    abstract
    　
  2. Dielectrophoresis of adenovirus and rotavirus and their impedimetric detection
    Sensors and Actuators, B: Chemical (in press)
    M. Nakano, Z. Ding, H. Kasahara, R. Obara and J. Suehiro
    　
  3. A rapid bacteria detection technique utilizing impedance measurement combined with positive and negative dielectrophoresis
    Sensors and Actuators, B: Chemical, Volume 181, 2013, Pages 439-445
    R. Hamada, H. Takayama, Y. Shonishi, L. Mao, M. Nakano and J. Suehiro
    abstract
    　
  4. Higher throughput of optical detection of bacteria concentrated by negative dielectrophoresis
    Proceedings of the International Conference on Sensing Technology, (ICST)2013, Article number 6727658, Pages 275-278
    R. Obara, Z. Ding, K. Shinzato, M. Nakano and J. Suehiro
    abstract
    　
  5. Detection of norovirus and rotavirus by dielectrophoretic impedance measurement
    Proceedings of the International Conference on Sensing Technology, (ICST)2013, Article number 6727678, Pages 374-378
    M. Nakano, R. Obara, Z. Ding and J. Suehiro
    abstract
    　
  6. Three dimensional bacteria concentration by negative dielectrophoresis
    Advanced Materials Research, Volume 699, 2013, Pages 251-256
    T. Hisajima, L. Mao, K. Shinzato, M. Nakano and J. Suehiro
    abstract
    　
  7. Pretreatment of cell membranes for improved electropermeabilization- assisted dielectrophoretic impedance measurement
    Sensors and Actuators, B: Chemical, Volume 173, October 2012, Pages 676-681
    M. Nakano, R. Hamada, H. Takayama, Y. Shonishi, T. Hisajima, L. Mao and J. Suehiro
    abstract
    　
  8. Electrical detection of norovirus capsid using dielectrophoretic impedance measurement method
    Proceedings of IEEE Sensors, 2012, Article number 6411163 (4 pages)
    M. Nakano, T. Hisajima, L. Mao and J. Suehiro
    abstract
    　
  9. Development of rapid oral bacteria detection apparatus based on dielectrophoretic impedance measurement method
    IET Nanobiotechnology, Volume 5, Issue 2, June 2011, Pages 25-31
    R. Hamada, J. Suehiro, M. Nakano, T. Kikutani and K. Konishi
    abstract
    　
  10. Bacterial detection using a carbon nanotube gas sensor coupled with a microheater for ammonia synthesis by aerobic oxidization of organic components
    IET Nanobiotechnology, Volume 3, Issue 2, 2009, Pages 15-22
    J. Suehiro, N. Ikeda, A. Ohtsubo and K. Imasaka
    abstract
    　
  11. Fabrication of bio/nano interfaces between biological cells and carbon nanotubes using dielectrophoresis
    Microfluidics and Nanofluidics, Volume 5, Number 6, December 2008, Pages 741-747
    J. Suehiro, N. Ikeda, A. Ohtsubo and K. Imasaka
    abstract
    　
  12. Selective detection of bacteria by a dielectrophoretic impedance measurement method using an antibody-immobilized electrode chip
    Sensors and Actuators B: Chemical, Volume 119, Issue 1, 24 November 2006, Pages 319-326
    J. Suehiro, A. Ohtsubo, T. Hatano and M. Hara
    abstract
    　
  13. Improvement of electric pulse shape for electropermeabilization-assisted dielectrophoretic impedance measurement for high sensitive bacteria detection
    Sensors and Actuators B: Chemical, Volume 109, Issue 2, 14 September 2005, Pages 209-215
    J. Suehiro, T. Hatano, M. Shutou and M. Hara
    abstract
    　
  14. High sensitive detection of biological cells using dielectrophoretic impedance measurement method combined with electropermeabilization
    Sensors and Actuators B: Chemical, Volume 96, Issues 1-2, 15 November 2003, Pages 144-151
    J. Suehiro, M. Shutou, T. Hatano and M. Hara
    abstract
    　
  15. Dielectrophoretic filter for separation and recovery of biological cells in water
    IEEE Transactions on Industry Applications, Volume 39, Issue 5, Sept.-Oct. 2003 Pages 1514 - 1521
    J. Suehiro, G. Zhou; M. Imamura, and M. Hara
    abstract
    　
  16. Selective detection of specific bacteria using dielectrophoretic impedance measurement method combined with an antigen–antibody reaction
    Journal of Electrostatics, Volume 58, Issues 3-4 , June 2003, Pages 229-246
    J. Suehiro, D. Noutomi, M. Shutou and M. Hara
    abstract
    　
  17. Selective detection of viable bacteria using dielectrophoretic impedance measurement method
    Journal of Electrostatics, Volume 57, Issue 2, February 2003, Pages 157-168
    J. Suehiro, R. Hamada, D. Noutomi, M. Shutou and M. Hara
    abstract
    　
  18. Quantitative estimation of biological cell concentration suspended in aqueous medium by using dielectrophoretic impedance measurement method
    J. Phys. D: Appl. Phys., Vol.32, pp.2814-2820, 1999
    J. Suehiro, R. Yatsunami, R. Hamada and M. Hara
    abstract
    　
  19. The dielectrophoretic movement and positioning of a biological cell using a three-dimensional grid electrode system
    J. Phys. D: Appl. Phys., Vol.31, pp.3298-3305, 1998
    J. Suehiro and R. Pethig
    abstract


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