報告書番号

V12005

タイトル（和文）

次世代PCBバイオセンサーの開発（その３）－マイクロ流体デバイスを用いた絶縁油中PCB分析－

タイトル（英文）

Development of next-generation PCB biosensor [Part 3] - PCB analysis in insulating oil using microfluidic devices -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

重電機器中の絶縁油から微量のPCB（ポリ塩化ビフェニル）が多数検出され、迅速で安価なPCB測定法が求められている。当所では迅速判定法として抗原抗体反応を利用したPCBバイオセンサーを開発し、2010年に環境省の推奨法として公表された。PCBバイオセンサーの迅速性と経済性を改善すべく、マイクロ流体デバイスを利用した次世代PCBバイオセンサーの開発を進めており、これまでに少試薬量かつ省スペースで連続プロセスが可能な前処理法を提案した。更に、前処理に続く迅速な測定技術を開発すれば、更なる迅速性と低コスト化が期待できる。そこで、本研究の目的を、連続前処理法に適した迅速なPCB測定法として、マイクロ流体デバイスを試作し、油中PCBの定量性を評価すること、及び連続前処理とマイクロ流体デバイスを組み合わせた測定技術の、使用済みPCB汚染油中PCB分析能力を評価することとした。連続前処理後のマイクロ流体デバイスの定量性を評価するため、1回の操作で1種の試料を測定する単流路型マイクロ流体デバイスと、4つの単流路の並列化により、1回の操作で4種の試料を測定する複流路型マイクロ流体デバイスを試作した。流路の流速・流量等の各種測定条件を検討し、既知濃度のPCBを含む新油を用いて、連続前処理後に各デバイスのPCB定量性について評価した。測定範囲は、単流路型では0.21-2.4 mg/kg、複流路型では0.27-2.2 mg/kgであり、現行のPCBバイオセンサーと同等の測定範囲を達成した。連続前処理とマイクロ流体デバイスを連結した次世代PCBバイオセンサーのプロトタイプについて、実変圧器から採取した使用済みPCB汚染油の油中PCBの定量性を評価した。18種の使用済みPCB汚染油を用いて評価したところ、総PCB濃度が0.82 mg/kgまでは、公定法との相関係数は0.91、傾きは0.87であり、良い相関が得られた。前処理に必要な試薬量は、現行のPCBバイオセンサーの12分の1以下であった。本法によるPCBの測定時間は、現行法比で3分の1程度であった。以上より、次世代PCBバイオセンサーのプロトタイプは、現行法比で測定時間と試薬量、測定スペースの大幅な低減が見込めると考えられた。

概要 （英文）

A rapid and low-cost polychlorinated biphenyl (PCB) analysis method is required because contamination of insulating oil by trace amounts of PCBs has been reported. For this purpose, a PCB biosensor that we developed was suggested to be used by the Japanese Ministry of the Environment in 2010. A next-generation PCB biosensor based on microfluidic devices permits a faster and more economical analysis method. It has been previously reported tha a continuous pretreatment method using capillary column and microfluidic PCB extraction to reduce the reagent amounts. A more rapid and low-cost method is expected when the rapid measurement method after the continuous pretreatment is developed. The aim of this study was to develop a microfluidic PCB immunoassay and to evaluate the next-generation PCB biosensor by analyzing real oil samples. The measurement ranges of the microfluidic PCB immunoassay with a single channel and quadruple channels were 0.21-2.4 and 0.27-2.2 mg/kg, respectively. The microfluidic PCB immunoassay could measure PCBs at a level of 0.5 mg/kg, which is the criterion of PCB-contamination transformer, in 7 min when the microfluidic PCB immunoassay with a single channel was applied. The measurement of 18 transformer oil samples using the next-generation PCB biosensor and high resolution gas chromatography/high resolution mass spectrometry showed good correlation under the range to 0.82 mg/kg total PCBs. The measurement time using the next-generation PCB biosensor was 43 min, which was one-third of that observed on using the previous PCB biosensor. The developed next-generation PCB biosensor therefore promise decreases in analysis time, reagent amount, and measurement space.

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