バイオセンサの信号変換技術（前編）：福田昭のデバイス通信（390） 2022年度版実装技術ロードマップ（14）（1/2 ページ）

前回に続き、第2項（2.3.2）「メディカル」の最後の項目、「バイオセンサ」を取り上げる。バイオセンサの主な信号検出原理を説明する。

[福田昭，EE Times Japan]

バイオ分子の変化を電気信号に変換

　電子情報技術産業協会（JEITA）が3年ぶりに実装技術ロードマップを更新し、「2022年度版　実装ロードマップ」（書籍）を2022年7月に発行した。本コラムではロードマップの策定を担当したJEITA Jisso技術ロードマップ専門委員会の協力を得て、ロードマップの概要を本コラムの第377回からシリーズで紹介している。

　本シリーズの第6回からは、第2章「注目される市場と電子機器群」の第3節（2.3）「ヒューマンサイエンス」より第2項（2.3.2）「メディカル」の概要を報告してきた。「メディカル」は4つの項目、すなわち「手術支援ロボット」（2.3.2.1）、「マイクロ流体デバイス」（2.3.2.2）、「感染症とPCR検査、遺伝子検査、迅速検査」（2.3.2.3）、「バイオセンサ」（2.3.2.4）で構成される。

　前回から、最後の項目である「バイオセンサ」（2.3.2.4）の概要を紹介している。バイオセンサは、バイオ分子（「プローブ」とも呼ぶ）と信号変換素子（「センサ素子」とも呼ぶ）の2つの要素によって構成される。バイオ分子（プローブ）は特定の化学物質（標的分子）を選択的に検出する（標的分子と結合する）性質を備えており、生体由来の材料が使われる。前回はバイオ分子の例には抗体（免疫グロブリン）や核酸アプタマー、酵素、分子インプリンティング、糖鎖、レクチン、Gタンパク質共役受容体、イオンチャンネル、イオノフォアなどがあることと、標的以外の分子による吸着を防ぐブロッキング膜を説明した。

「バイオセンサ」（2.3.2.4）の目次。「2.3.2.4.1　バイオセンサのプローブに用いられるバイオ分子」「2.3.2.4.2　夾雑物（きょうざつぶつ）の非特異吸着を抑止するためのブロッキング膜」「2.3.2.4.3　プローブやブロッキング膜のセンサ表面への固相化」「2.3.2.4.4　センシング信号検出方法（センサ素子）」「2.3.2.4.5　バイオセンサの課題」がある［クリックで拡大］ 出所：JEITA　Jisso技術ロードマップ専門委員会（2022年7月7日に開催された完成報告会のスライド）

　今回は、バイオ分子（プローブ）が目的の化学物質（標的分子）と結合したことを検知し、電気信号に変換する「センサ素子」の原理をご報告する。具体的には、「表面プラズモン共鳴（SPR：Surface Plasmon Resonance）」「水晶振動子マイクロバランス（QCM：Quartz Crystal Microbalance）」「電気化学インピーダンス測定（EIS：Electrochemical Impedance Spectroscopy）」「イオン感応型FET（ISFET：Ion-Sensitive Field Effect Transistor）」「グラフェンFET（Graphene Field Effect Transistor）」「表面増強ラマン散乱（SERS：Surface-enhanced Raman Scattering）」「ラテラル・フロー・イムノアッセイ（LIFA：Lateral Flow Immunoassays）」「蛍光共鳴エネルギー移動（FERT：Fluorescence Resonance Energy Transfer）」を挙げた。

バイオセンサの主な信号検出原理（センサ素子の原理）。ロードマップ本体から筆者がまとめたもの［クリックで拡大］