フェロセンπ共役DNA-電極ナノコンタクト系の電気物性評価

• Project/Area Number: 20027005
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: 井上 将彦 University of Toyama, 大学院・医学薬学研究部(薬学), 教授 (60211752)
• Project Period (FY): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥4,000,000 (Direct Cost: ¥4,000,000); Fiscal Year 2009: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000); Fiscal Year 2008: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
• Keywords: DNA / フェロセン / チオール / 電極 / 連結官能基 / 電荷輸送

Research Abstract

テーラー・メイド医療の実現に向け、さまざまな生体分子を担持させた電気化学検出用チップが精力的に開発されている。それら検出用チップの多くは、生体分子の導電性をはじめその詳細な検出機構がブラックボックスのまま、盲目的に研究現場で使用されている。そこで本研究では、研究実施者が開発したDNA連結金電極を利用して、電極上にリンクしたDNAが示す電気物性を実験的に明らかにすることを目指した。特に電極界面における電荷輸送機構を精査し、ナノリンク分子の電気的特性を詳細に評価した。さらに、判明したメカニズムを活用し、生体分子の電気伝導性を詳細に評価できるシステムの創製を目指すとともに、有用な応用展開を試みた。
本年度は前年度に引き続き、金電極上にSAM形成したDNAが示す電荷輸送機構の調査を行った。CVを利用したいくつかの検証を行った結果、DNA二重鎖の柔軟性に起因してフェロセンユニットが電極表面に近づき、電極と直接電荷の授受をする機構(Elastic Bendingモデル)であることが判明した。さらに、完全マッチ二重鎖と一塩基ミスマッチニ重鎖の柔軟性が異なり、その差をSWV測定でアウトプットすることで、電気化学的SNPs検出を行っていたことを明らかにした。
続いて判明したメカニズムを活用し、SNPsジェノタイピングや塩基欠損・挿入多型の検出へと展開した。2電位応答を利用することでSNPsジェノタイピングを、また、バルジ二重鎖を利用することで塩基欠損・挿入多型の電気化学的検出を達成した。

Research Products

• [Journal Article] Exotic DNAs Made of Nonnatural Bases and Natural Phosphodiester Bonds (2010)
  • Author(s): Chiba, J., Inouye, M.
  • Journal Title: Chem.Biodivers. 7 Pages: 259-282
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Specific Induced Circular Dichroism and Enhanced B to Z Transitions of Duplexes Stabilized by Chromophore-Linked Alkynylnucleoside Residues (2010)
  • Author(s): Fujimoto, K., Aizawa, S., Oota, I., Chiba, J., Inouye, M.
  • Journal Title: Chem.-Eur.J. 16 Pages: 2401-2406
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Detection of Mismatched Duplexes by Synchronizing the Pulse Potential Frequency of Ferrocene/Isoquinoline Conjugate-Connected DNA Probes Immobilized onto Electrodes (2009)
  • Author(s): Ikeda, R., Kobayashi, S., Chiba, J.Inouye, M.
  • Journal Title: Chem.-Eur.J. 15 Pages: 4822-4828
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrochemical Genotyping by Using Ferrocene/Isoquinoline-Connected DNA Probes with Different Redox Potentials on a Single Electrode (2009)
  • Author(s): Ikeda, R., Kitagawa, S., Chiba, J.Inouye, M
  • Journal Title: Chem.-Eur.J. 15 Pages: 7048-7051
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photo- and Electrochemical Properties of Novel 7-Substituted Naphthyridine Derivatives (2009)
  • Author(s): Chiba, J., Doi, Y., Inouye, M.
  • Journal Title: Heterocycles 79 Pages: 411-415
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Detection of Mismatched Duplexes by Synchronizing Pulse Potential Frequency with Dynamics of Ferrocene/Isoquinoline Conjugate-Connected DNA Probes Immobilized onto Electrodes (2009)
  • Author(s): Reona Ikeda, Sakie Kobayashi, Junya Chiba, Masahiko Inouye
  • Journal Title: Chemistry - A European Journal (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ホスト・ゲスト錯体の会合・解離を化学刺激として利用するDNAナノ構造の超構造制御 (2010)
  • Author(s): 千葉順哉、山田類悟、酒井あゆみ、藤本和久、井上将彦
  • Organizer: 分子ナノシステムの創発化学第1回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都
• [Presentation] フェロセン連結DNAプローブ二重鎖の柔軟性を利用したDNA欠損・挿入多型の電気化学的検出 (2010)
  • Author(s): 赤石あゆみ、千葉順哉、井上将彦
  • Organizer: 日本化学会第90春季年会
  • Place of Presentation: 大阪
• [Presentation] フェロセン連結DNAの金電極上における分子ダイナミクスとパルス電位周波数の同調に基づくSNPs検出 (2009)
  • Author(s): 千葉順哉、井上将彦
  • Organizer: 日本薬学会北陸支部第120回例会
  • Place of Presentation: 金沢
  • Year and Date: 2009-07-11
• [Presentation] アルキニルひヌクレオチドのみからなるExotic DNA (2009)
  • Author(s): 井上将彦、千葉順哉
  • Organizer: 09-1 高分子学会講演会(招待講演)
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2009-07-10
• [Presentation] On-Chip Detection of Single-Nucleotide Polymorphism by Synchronizing Pulse Potential Frequency with the Dynamics of Electrochemical DNA Probes (2009)
  • Author(s): Inouye, M.
  • Organizer: The 12^<th> International Symposium on Traditional Medicine (Invited Lecture)
  • Place of Presentation: 富山
• [Presentation] フェロセン連結DNAのダイナミクスとパルス電位周波数の同調に基づく2電位応答SNPタイピング (2009)
  • Author(s): 千葉順哉、池田怜男奈、北川哲、井上将彦
  • Organizer: 第24回生体機能関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 福岡
• [Presentation] イソキノリンを導入したフェロセン連結DNAプローブのダイナミクスに基づくDNA欠損・挿入多型の電気化学検出 (2009)
  • Author(s): 赤石あゆみ、千葉順哉、井上将彦
  • Organizer: 第24回生体機能関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 福岡
• [Presentation] 電気化学活性DNAプローブのダイナミクスとパルス電位周波数の同調に基づくDNA欠損・挿入多型の検出 (2009)
  • Author(s): 赤石あゆみ、千葉順哉、井上将彦
  • Organizer: 平成21年度有機合成化学北陸セミナー
  • Place of Presentation: 富山
• [Presentation] 電極固定DNAプローブ分子のダイナミクスとパルス電位周波数の同調に基づくSNPs検出 (2009)
  • Author(s): 小林沙希絵, 池田怜男奈, 千葉順哉, 井上将彦
  • Organizer: 日本化学会第89春季年会
  • Place of Presentation: 千葉県船橋市
• [Presentation] 異なる応答電位を持つDNAプローブのパルス電位周波数の同調に基づくSNPタイピング (2009)
  • Author(s): 池田怜男奈, 千葉順哉, 井上将彦
  • Organizer: 日本化学会第89春季年会
  • Place of Presentation: 千葉県船橋市
• [Presentation] 柔軟性の変化を電気化学的センシングに利用したDNAアプタマーの開発 (2008)
  • Author(s): 赤石あゆみ, 池田怜男奈, 千葉順哉, 井上将彦
  • Organizer: 第20回生体機能関連化学若手の会サマースクール
  • Place of Presentation: 宮城県白石市
• [Presentation] 一本鎖で金電極に固定した電気化学活性DNAにおける電荷移動機構 (2008)
  • Author(s): 池田怜男奈, 千葉順哉, 井上将彦
  • Organizer: 第3回バイオ関連化学合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 神奈川県横浜市
• [Presentation] 電気化学活性フェロセン修飾DNAにおける電荷移動機構 (2008)
  • Author(s): 小林沙希絵, 池田怜男奈, 千葉順哉, 井上将彦
  • Organizer: 平成20年度有機合成化学北陸セミナー
  • Place of Presentation: 福井県坂井市