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Method of solution droplet evaporation and protein components removal for therapeutic drug monitoring using Raman spectroscopy

Research Project

Project/Area Number 22K04963
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
Research InstitutionTokyo University of Agriculture and Technology

Principal Investigator

松岡 史晃  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任助教 (70770329)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2024-03-31
Project Status Discontinued (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Keywordsラマン分光 / レーザ誘起タンパク質結晶化 / 光ピンセット / 浮遊液滴 / 治療薬物モニタリング / 振動強結合
Outline of Research at the Start

血中の薬剤濃度を測定し、患者ごとに最適投与設計を行うことは、副作用を伴う危険性のある投薬治療を行う際に重要となる。このような液中の薬剤濃度測定は、臨床現場においてリアルタイムにその場で測定できてこそ大きな価値があるとされるが、現状は外部委託による測定が主流となっている。本研究課題では、分子の識別および定量が可能なラマン測定において、血中の低濃度小分子薬剤を測定することを目標に、光誘起結晶化によりラマン測定時に薬剤信号の雑音信号発生源となるタンパク質成分を除去する方法と、光捕捉した液滴を濃縮することでラマン信号を増幅する方法の開発を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は、血清などの液体試料中の低濃度薬剤のリアルタイム検出に向け、試料中における夾雑成分の除去と、薬剤由来のラマン信号増強による検出・定量限界の改善を目的として進めていた。
初年度では本課題の核となる、夾雑成分の除去に着手した。血清中で最多となる夾雑成分であるタンパク質、中でもアルブミンを対象とし、実験モデルとして牛血清アルブミンと、リアルタイム検出の要請が高い薬品であるメトトレキサートとの混合溶液を考え、目的を達成のための基礎検討を進めていた。方法としては、高強度レーザによるタンパク質結晶化の促進現象に着目し、結晶化したタンパク質自体をレーザで捕捉し液中の薬剤濃度に影響の少ない形で除去できるかの確認を行うものであり、光学系の構築を行っていた。
一方、提案手法では高強度レーザ中にある液滴の蒸発を制御する必要性があり、今後これが大きな技術的障壁となると考えていたため、特にタンパク質結晶化のレーザ強度の強さを緩和する条件を満たすような結晶化制御手法について調査した。集団分子が2枚のミラーで構築された光共振器中にある時に、分子の振動モードと共振器光学モードが強く結合(振動強結合)した状態が形成され、選択的分子の結晶化や結晶化の加速といった操作が可能となる文献が複数あり、これに着目した。この振動強結合モデルにおいては、分子と共振器の結合強度を強く取ることが重要となることから、昨年度末から本年度にかけ、共振器中の量子力学的な雑音を制御した環境では原子-共振器結合が増強されるという理論に着目し、それを集団分子-光共振器系に拡張した。
これに並列し、タンパク質分子と共振器系の振動強結合に関する報告例などを参考に、振動強結合系を冒頭に述べた目的達成のための実験モデルへと組み込めるかの検討を始めていたが、研究代表者の転職に伴い、2024年4月より職務内容が変更となるため、中途終了した。

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (3 results)

All 2023

All Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Presentation] Quantum Enhancement for Strength of Vibrational Coupling Between an Optical Cavity and Molecules2023

    • Author(s)
      Fumiaki Matsuoka
    • Organizer
      the 1st NYCU-TUAT-UY International Symposium, Laser Control Technology for Innovation of Biomedical and Electronics
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 量子スクイージングによる分子と光学共振器の振動結合増強2023

    • Author(s)
      松岡史晃,伊藤輝将
    • Organizer
      Optics & Photonics Japan 2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Enhancing Vibrational Coupling via Squeezing of Quantum Vacuum Field2023

    • Author(s)
      Fumiaki Matsuoka and Terumasa Ito
    • Organizer
      ACS Fall 2023
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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