| Project/Area Number |
22K18973
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 29:Applied condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
Nagakubo Akira 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (70751113)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | ピコ秒超音波法 / 非同期計測 / バイオセンサ / リアルタイムモニタリング / 超音波 / ナノ薄膜 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では非同期ピコ秒超音波法とナノ振動子を組み合わせることにより、GHz-THz帯の超音波を用いた高感度・無標識・リアルタイムバイオセンサを開発する。病気の診断や創薬の分野において特定のウィルスやタンパク質を検出する技術は欠かせない。特に高感度・無標識・リアルタイム・ハイスループットなセンサの開発が重要である。そこでフェムト秒パルスレーザを用いて溶液中で波長10-100 nmの超音波を励起し、タンパク質吸着に伴う変化に伴う振幅・周波数・Q値をリアルタイムで検出し、新たな超音波バイオセンサを確立する。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, we developed a highly sensitive, label-free, real-time biosensor using GHz-THz ultrasound by combining an asynchronous picosecond ultrasound method with a nanoscale free-standing thin film. Thermal and acoustic models were constructed to optimize the oscillator and to quantitatively estimate the effect of temperature rise due to laser heating. The oscillator was used to monitor the adsorption reaction of protein A and immunoglobulin G using asynchronous picosecond ultrasound as a model of antigen-antibody reaction, monitoring the change in resonance frequency during the flow or drop of immunoglobulin G solutions at concentrations of 10 and 100 ng/ml, and observing a decrease in resonance frequency of about 1% (=10,000 ppm) at most was successfully detected.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
バイオセンサの発展はまだまだ探求が続いている。本研究ではその重要な一角を占める質量検出型バイオセンサの可能性について研究した。ナノ振動子を用いることで感度はさらに向上する可能性が高く、さらに非同期ピコ秒超音波法を組み合わせることによりリアルタイムで10-100 GHz帯の共振スペクトルを数秒ごとにモニタリングし続けることができる本手法は非常に重要である。またレーザ光を数ミクロンまで集光した計測法であるためハイスループット化も可能であり、そのためには今後ますますの計測時間の短縮化、SN比の向上、振動子の高周波化など、発展の余地が尽きない。
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