光トラップした金粒子による一分子DNA近接場顕微分析法の開発

• Project/Area Number: 14702022
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied optics/Quantum optical engineering
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 杉浦 忠男 奈良先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 助教授 (60304010)
• Project Period (FY): 2002 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥28,600,000 (Direct Cost: ¥22,000,000、Indirect Cost: ¥6,600,000); Fiscal Year 2004: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2003: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000); Fiscal Year 2002: ¥12,740,000 (Direct Cost: ¥9,800,000、Indirect Cost: ¥2,940,000)
• Keywords: 近接場光学 / レーザートラッピング / バイオインフォマティクス / 一分子計測 / 遺伝子解析 / 光計測 / ナノテクノロジー

Research Abstract

近接場顕微鏡としての安定度を高めて信号のS/Nを向上し弁別能を高めるため、実験パラメータの最適化を行い、昨年度新たに見出した金粒子からの第二次高調波発生現象を用いた実験系を試作した。さらに、フローセル中での伸張・走査・弁別・回収までを行うシステムとして試作した。
実験パラメータの最適化:昨年度に引き続いて、フィードバック制御の条件最適化により金粒子の位置安定性を向上させ、S/N比が最も良くなる走査速度と蛍光励起用レーザー光強度について調べた。
第二次高調波発生を用いた識別実験:昨年度おこなった非線形光学現象を利用した実験で見出した金粒子からの第二次高調波発生現象を用いてゲノム情報の一次元マッピングを試みた。試作装置にはパルス圧縮光学系を追加して顕微鏡に入射する前にプリチャープすることで集光点でのエネルギー密度を向上できるように工夫してある。現時点では、蛍光波長域(500〜600nm)に金粒子からのフォトルミネッセンスが観測されるため、DNAの染色蛍光による一次元像は得られていない。フォトルミネッセンスによる一次元マッピングについても試みているがGC含有量との比較は困難な状況である。
DNAのゲノム情報解析:DNAのGC含有量の1次元分布パターンからゲノム情報解析するソフトウエア・ツールを開発した。実験システムへの組み込みを予定しているが組み込み評価実験を行った。
DNAフラグメントの回収と解析実験:フローセルの出口端より所望のDNAフラグメントを回収できる機構を組み込み、DNAを回収する実験を行った。塩基配列の解析については回収DNAの量が微量であるため困難であり、さらにスループットを向上して実験を行う必要があると結論した。

Research Products

• [Journal Article] An Ultrasound Catheter using LIB Phenomenon (2004)
  • Author(s): O.Oshiro, Y.Yasumuro, T.Sugiura, K.Chihara, S.Kawata
  • Journal Title: IEEJ Transaction on Sensors and Micromachines 124 Pages: 459-463
  • NAID: 10014162866
• [Journal Article] 次世代DNAマイクロアレイ計測技術 (2004)
  • Author(s): 杉浦忠男
  • Journal Title: BME 18巻・3号 Pages: 29-36
  • NAID: 10013350290
• [Journal Article] DNA microarray system with real-time observation of DNA hybridization
  • Author(s): T.Sugiura, K.Haruna, T.Sato, K.Minato
  • Journal Title: Proceedings of SPIE (in press)
• [Book] "Biological Imaging and Sensing from Basic Techniques to Clinical Applications," Biological Imaging and Sensing (Edited by T.Furukawa) (2004)
  • Author(s): S.Kawata, O.Nakamura, T.Kaneko, M.Hashimoto, K.Goto, N.I Smith, T.Sugiura, I.Fujimasa, H.Matsumoto
  • Total Pages: 67
  • Publisher: Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg
• [Publications] T.Ota, T.Sugiura, S.Kawata, M.Neil, T.Wilson: "Enhancement of Laser Trapping Force by Spherical Aberration Correction Using a Deformable Mirror"Jap.J.Appl.Phys.Lett.. 42巻・6B号. L701-L703 (2003)
• [Publications] O.Oshiro, T.Sugiura, K.Chihara, S.Kawata: "An Ultrasound Catheter Using Laser-Induced Breakdown"Jpn.J.Appl.Phys.. 42巻・5B. 3233-3236 (2003)
• [Publications] T.Ota, T.Sugiura, S.Kawata: "Surface-force measurement with a laser-trapped microprobe in solution"Applied Physics Letters. 80巻・18号. 3448-3450 (2002)
• [Publications] T.Ota, T.Sugiura, S.Kawata: "Dynamic axial position control of a laser-trapped particle by wave-front modification"Optics Letters. 28巻・6号. 465-467 (2003)
• [Publications] 松本俊二, 杉浦忠男, 湊小太郎: "GCコンテントの一次元分布情報を用いた「DNAバーコード」読み出し"第3回情報計算化学生物学会大会論文集. 246-247 (2002)
• [Publications] 杉浦 忠男(分担執筆): ""操作技術 ミー粒子操作"「ナノ光工学ハンドブック」"大津元一, 河田聡, 堀裕和編、朝倉書店. 4 (2002)