分子・光情報変換ナノメディエータを用いた大容量多重分子センシング
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21H01844
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
小倉 裕介 大阪大学, 大学院情報科学研究科, 准教授 (20346191)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西村 隆宏 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (10722829)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
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| Keywords | ナノメディエータ / DNAナノマシン / 光符号化 / FRET |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、多様な分子が関わる大容量情報を効率的に取得する手法の構築をめざす。このために、生体分子情報と光情報の間に介在し、これらの変換を行なうナノメディエータ（ナノの仲介者の意）を作製し、多重分子センシングに適用する。情報変換機能は、DNAが持つ分子情報の取得・処理能力と、蛍光分子間で生じるエネルギー移動を利用した光符号化をもとに実装する。数値計算と実験により本手法の特性を評価し、分子センシングにおける能力を示す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、多様な分子が関わる大容量情報を効率的に取得する手法の構築をめざし、生体分子情報と光情報の間に介在し、これらの変換を行なうナノメディエータを開発し、多重分子センシングにおける能力を明らかにすることを目的とする。今年度は、ナノメディエータの性能向上の方策を検討するとともに、センシングにおける評価を進めた。
ナノメディエータの動作を担う光DNAナノマシンについては、複数のセンシング部位をDNA構造体に配置する系について検討した。この系により、分子の構造を対象とした光符号化センシングの実現が期待される。設計した系について、DNA電気泳動や蛍光スペクトル計測による検証を行い、２つのセンシング部位が働いていることを確認した。また、より多数の光符号を形成するための手法として偏光次元の利用が有効であると考え、計算機合成ホログラムによる構造化偏光光パターン生成法を開発した。実験により偏光状態の異なる光スポットアレイを生成できることを示した。一方で、多重センシングにおいては、蛍光スペクトル計測精度の向上や信号対雑音比の改善が必要であることが示唆された。そこで昨年度に検討を始めた励起スペクトルを識別情報として用いる手法に関して、構築したシミュレーション環境を用いて、蛍光スペクトルの計測誤差が推定誤差に与える影響などを明らかにするとともに、蛍光体配置の工夫による信号強度やコントラストの上昇効果など有効な解決法を確認した。さらに、分子プローブからの光信号による光符号の切り替えの応用として、光照射によるProtoporphyrin IX の蛍光スペクトルの切り替えを用いた腫瘍診断の高機能化を検討した。マウス実験により、蛍光診断時間が拡大できることを示した。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(22 results)
