ナノインプリント法を用いたLSPRセンサの開発と多成分生体分子計測への展開

• Project/Area Number: 09J03300
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Analytical chemistry
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 中元 浩平 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2009 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2011: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2010: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2009: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: プラズモン / 光ナノインプリント / マイクロフルイディクス / 抗原抗体反応 / 金ナノホールアレイ / 電気化学 / 表面プラズモン共鳴 / ナノホールアレイ

Research Abstract

近年、金属ナノ構造を利用したプラズモニックデバイスの研究開発がさかんに行われている。昨年度までに、金属のナノ構造をナノインプリント法により精緻な構造を一括、大面積に作製した。これをマイクロフルイディクス中に実装することにより疾病マーカーの一種であるTNF-αの測定を行った。一方これらの金属ナノ構造は金属薄膜で構成されていることから、作用電極として同時に用いることが可能であり、電気化学的な側面からも研究が行われている。通常SPR法を用いた小分子の測定は測定の原理上難しいとされているが、金表面に修飾したレドックス膜を用いることでシグナルの増幅に成功した。そこで本年度は、昨年度に作製した金ナノホール構造を作用極としても使用できるようなデバイスを構築し、その表面にオスミウム錯体を修飾し電位を走査したときの反射光中のSPRディップの挙動を解析した。FE-SEMを用いて観察した金ナノホール構造から、直径300nmのホール構造が正確に転写されていることを確認した。続いてOs-gel-HRPを修飾する前後の反射スペクトルを観察した。膜修飾前の反射スペクトルより730nm付近に鋭いディップを確認することができた。これは表面プラズモン共鳴による光の吸収のためによると考えられる。一方膜を修飾すると、ディップ波長は約20nm長波長側にシフトした。同時にディップの形状がブロードに変化した。ディップ波長のシフトとサイクリックボルタモグラム(CV)の同時測定の結果より、酸化電流が測定されるに従い、ディップ波長が低波長側にシフトされることを確認した。また還元電流が測定されるに従いディップ波長が長波長側にシフトした。電位スキャン後、ディップ波長は再び測定前の波長に戻ることを確認した。最後に検討したデバイスを用いて、モデル物質である過酸化水素の測定を行った。その結果10-250μMの濃度領域において過酸化水素濃度の定量が可能であることが示された。

Research Products

• [Journal Article] Electrochemical Surface Plasmon Resonance Measurement Based on Gold Nanohole Array Fabricated by Nanoimprinting Technique (2012)
  • Author(s): Kohei Nakamoto, Ryoji Kurita, Osamu Niwa
  • Journal Title: Analytical Chemistry Volume: (In press) Issue: 7 Pages: 3187-3191
  • DOI: 10.1021/ac203160r
  • Year and Date: 2012-03-14
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrochemical Surface Plasmon Resonance Measurement Based on Gold Nanohole Array Fabricated by Nanoimprinting Technique, Analytical Chemistry (2012)
  • Author(s): Ryoji Kurita, Kumi Arai, Kohei Nakamoto, Dai Kato, Osamu Niwa
  • Journal Title: Analytical Chemistry Volume: (In press) Issue: 4 Pages: 1799-1803
  • DOI: 10.1021/ac202692f
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An sp2 and sp3 Hybrid Nanocrystalline Carbon Film Electrode for Anodic Stripping Voltammetry and Its Application for Electrochemical Immunoassay (2012)
  • Author(s): Ryoji Kurita, Kohei Nakamoto, Yuko Sato, Tomoyuki Kamata, Akio Ueda, Dai Kato, Shigeru Hirono, Osamu Niwa
  • Journal Title: Analytical Sciences Volume: 28 Issue: 1 Pages: 13
  • DOI: 10.2116/analsci.28.13
  • NAID: 130004827170
  • ISSN: 0910-6340, 1348-2246
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of a mass-producible on-chip plasmonic nanohole array biosensor (2011)
  • Author(s): Kohei Nakamoto, Ryoji Kurita, Osamu Niwa, Toshiyuki Fujii, Munehiro Nishida
  • Journal Title: Nanoscale Volume: 3 Issue: 12 Pages: 5067-5075
  • DOI: 10.1039/c1nr10883b
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrochemical Determination of Oxidative Damaged DNA with High Sensitivity and Stability Using a Nanocarbon Film (2011)
  • Author(s): Dai Kato, Mayuri Komoriya, Kohei Nakamoto, Ryoji Kurita, Shigeru Hirono, Osamu Niwa
  • Journal Title: Analytical Sciences Volume: 27 Issue: 7 Pages: 703
  • DOI: 10.2116/analsci.27.703
  • NAID: 130004442024
  • ISSN: 0910-6340, 1348-2246
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bifunctional Tri(ethylene glycol) Alkanethiol Monolayer Modified Gold Electrode for On-Chip Electrochemical Immunoassay of pg Level Leptin (2011)
  • Author(s): Tetsuya Nishimura, Yukari Sato, Mutsuo Tanaka, Ryoji Kurita, Kohei Nakamoto, Osamu Niwa
  • Journal Title: Analytical Sciences Volume: 27 Issue: 5 Pages: 465
  • DOI: 10.2116/analsci.27.465
  • NAID: 10028288506
  • ISSN: 0910-6340, 1348-2246
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bifunctional Tri(ethylene glycol) Alkanethiol Monolayer Modified Gold Electrode for on Chip Electrochemical Immunoassay of pg Level Leptin (2011)
  • Author(s): Tetsuya Nishimura, Yukari Sato, Mutsuo Tanaka, Kohei Nakamoto, Ryoji Kurita, Osamu Niwa
  • Journal Title: Analytical Sciences Volume: 未定(掲載確定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] One-chip biosensor for simultaneous disease marker/calibration substance measurement in human urine by electrochemical surface plasmon resonance method (2010)
  • Author(s): Kohei Nakamoto, Ryoji Kurita, Osamu Niwa
  • Journal Title: Biosensors & Bioelectronics Volume: 26 Pages: 1536-1542
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Investigation of Plasmonic Nanodot Arrays Compared with Nanohole Arrays Fabricated by a Sequential Nanoimprint Technique (2010)
  • Author(s): Kohei Nakamoto, Ryoji Kurita, Osamu Niwa
  • Journal Title: The 14^<th> International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and life Science Volume: 2 Pages: 1967-1969
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of Electrogenerated Chemiluminescence-Based Enzyme Linked Immunosorbent Assay for Sub-pM Detection (2010)
  • Author(s): Ryoji Kurita, Kohei Nakamoto, Osamu Niwa
  • Journal Title: Analytical Chemistry Volume: 20 Pages: 1692-1697
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of Electrogenerated Chemiluminescence-Based Enzyme Linked Immunosorbent Assay for Sub-pM Detection (2010)
  • Author(s): Ryoji Kurita
  • Journal Title: Analytical Chemistry 82 Pages: 1692-1697
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of on-chip localized surface plasmon resonance sensors based on gold nanohole arrays by using nanoimprinting technology (2009)
  • Author(s): Kohei Nakamoto
  • Journal Title: The Proceedings of μ TAS 2010 2 Pages: 1599-1601
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fabrication of an on-chip affinity biosensor by integrating a localizd surface plasmon resonance method for real-time biochemical measurement (2009)
  • Author(s): Kohei Nakamoto
  • Journal Title: The Proceedings of μ TAS 2010 2 Pages: 1752-1754
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Surface accumulable coreactant for Bright electrogenerated chemilumine scence at trace level concentrations (2009)
  • Author(s): Ryoji Kurita
  • Journal Title: Chemistry Letters 38 Pages: 804-805
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ナノホール構造を用いた電気化学SPRセンシングデバイスの作製 (2011)
  • Author(s): 中元浩平、栗田僚二、丹羽修
  • Organizer: 第24回化学とマイクロ・ナノシステム研究会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学(大阪府)
  • Year and Date: 2011-11-18
• [Presentation] Arrays of Metallic Nanopillars in Holes for Plasmonic Devices, Poster (2011)
  • Author(s): 中元浩平、栗田僚二、丹羽修
  • Organizer: microTAS 2011
  • Place of Presentation: アメリカ合衆国,シアトル
  • Year and Date: 2011-10-05
• [Presentation] On-chip Polymer Based Surface Plasmon Resonance Measurement of TNF-a (2011)
  • Author(s): 中元浩平、栗田僚二、丹羽修
  • Organizer: The ISMM 2011
  • Place of Presentation: 大韓民国,ソウル
  • Year and Date: 2011-06-03
• [Presentation] On-chip Immunoassay by Plasmonic Gold Nanohole Array Fabricated by Nanoimprint Technique (2010)
  • Author(s): Koehi Nakamoto
  • Organizer: The international Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • Place of Presentation: ホノルル、アメリカ合衆国
  • Year and Date: 2010-12-18
• [Presentation] ナノホールアレイを用いたプラズモニックデバイスの作製とイムノアッセイへの応用 (2010)
  • Author(s): 中元浩平
  • Organizer: 第22回化学とマイクロ・ナノシステム研究会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2010-11-17
• [Presentation] Investigation of Plasmonic Nanodot Arrays Compared with Nanohole Arrays Fabricated by a Sequential Nanoimprint Technique (2010)
  • Author(s): Koehi Nakamoto
  • Organizer: The 14^<th> International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and life Science
  • Place of Presentation: グローニンゲン、オランダ
  • Year and Date: 2010-10-04
• [Presentation] One-chip biosensor for simultaneous disease marker/calibration substance measurement in human urine by electrochemical surface plasmon resonance method (2010)
  • Author(s): Koehi Nakamoto
  • Organizer: Biosensors 2010
  • Place of Presentation: グラスゴー、スコットランド
  • Year and Date: 2010-05-26
• [Presentation] ナノホールアレイを用いたプラズモンセンサチップの作製とイムノアッセイへの応用 (2010)
  • Author(s): 中元浩平
  • Organizer: 第71回分析化学討論会
  • Place of Presentation: 島根大学松江キャンパス
  • Year and Date: 2010-05-16
• [Presentation] Development of on-chip localized surface plasmon resonance sensors based on gold nanohole arrays by using nanoimprinting technology (2009)
  • Author(s): Kohei Nakamoto
  • Organizer: The 13^<th> International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and life Science
  • Place of Presentation: ICC Jeju, Jeju, Korea
  • Year and Date: 2009-11-03
• [Presentation] Fabrication of an on-chip affinity biosensor by integrating a localized surface plasmon resonance method for real-time biochemical measurement (2009)
  • Author(s): Kohei Nakamoto
  • Organizer: The 13^<th> International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and life Science
  • Place of Presentation: ICC Jeju, Jeju, Korea
  • Year and Date: 2009-11-03
• [Presentation] 遠心力を用いた血球分離機能搭載型ポンプレス電気化学センサーの開発 (2009)
  • Author(s): 西村哲矢
  • Organizer: 日本分析化学会第58年会
  • Place of Presentation: 北海道大学高等教育機能開発総合センター
  • Year and Date: 2009-09-26
• [Presentation] 電気化学発光をベースとする酵素免疫測定法(ECL-ELISA)の開発 (2009)
  • Author(s): 栗田僚二
  • Organizer: 日本分析化学会第58年会
  • Place of Presentation: 北海道大学高等教育機能開発総合センター
  • Year and Date: 2009-09-24
• [Presentation] Development of an on-chip affinity biosensor by integrating a localized surface plasmon resonance method fabricated by nanoimprint technique (2009)
  • Author(s): 中元浩平
  • Organizer: 日本分析化学会第58年会
  • Place of Presentation: 北海道大学高等教育機能開発総合センター
  • Year and Date: 2009-09-24
• [Presentation] 微小流路中での尿中疾病マーカー/濃度補正分子の簡易同時測定 (2009)
  • Author(s): 中元浩平
  • Organizer: 東京コンファレンス2009
  • Place of Presentation: 幕張メッセ
  • Year and Date: 2009-09-04
• [Presentation] 電気化学発光をベースとした新規酵素免疫測定法(ECL-ELISA)の開発 (2009)
  • Author(s): 栗田僚二
  • Organizer: 東京コンファレンス2009
  • Place of Presentation: 幕張メッセ
  • Year and Date: 2009-09-04
• [Presentation] ナノホールアレーを用いた局在プラズモン共鳴センサ作製の検討 (2009)
  • Author(s): 中元浩平
  • Organizer: 第19回化学とマイクロ・ナノシステム研究会
  • Place of Presentation: 広島大学東広島キャンパス
  • Year and Date: 2009-05-28
• [Presentation] ナノインプリント法を用いた局在プラズモン共鳴(LSPR)センサの作製 (2009)
  • Author(s): 中元浩平
  • Organizer: 第70回分析化学討論会
  • Place of Presentation: 和歌山大学栄谷キャンパス
  • Year and Date: 2009-05-16
• [Presentation] 高輝度電気化学発光法の開発と腫瘍壞死因子測定への応用 (2009)
  • Author(s): 栗田僚二
  • Organizer: 第70回分析化学討論会
  • Place of Presentation: 和歌山大学栄谷キャンパス
  • Year and Date: 2009-05-16