| Project/Area Number |
23K21857
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| Project/Area Number (Other) |
21H03832 (2021-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 90120:Biomaterials-related
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
Osada Kensuke 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子医科学研究所 分子イメージング診断治療研究部, グループリーダー (10396947)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
阿部 浩之 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 量子機能創製研究センター, 主任研究員 (30354947)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
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| Keywords | PEG化 / ステルス化 / 重なり合い濃度 / 高分子付加 / ナノ量子センサー / ナノダイヤモンド / NVセンター / ナノセンサー |
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| Outline of Research at the Start |
ダイヤモンドの窒素－空孔（NV）センターは、周囲の物理的・化学的環境を探知できる量子センサーである。本研究では、ナノメートルサイズのダイヤモンド（ND）に対し、電子線加速機を使ってNVセンターを多数造り込むことと、生体適合性高分子で表面修飾し、ステルス性を付与する方法論の開発を行う。これによって、細胞や体の中で執り行われている化学反応を計測することを可能とする生体ナノ量子センサーシステムを創出することを目的とする。
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| Outline of Final Research Achievements |
For nanodiamonds (NDs) with a particle size of 50 nm, we optimized the electron beam irradiation dose, heat treatment temperature and duration, and successfully obtained NDs with significantly enhanced fluorescence intensity derived from NV(-) centers. In parallel, we developed methods of PEGylation and a quantitative analysis based on the overlapping concentration of adjacent PEG chains as a parameter (applied for patent No. 2023-139263). Specifically, PEG molecules with molecular weights ranging from 2 kDa to 40 kDa were grafted onto the ND, and the interrelationship among PEG molecular weight, PEG overlapping concentration, and protein adsorption suppression effect were clarified. The PEGylated NDs demonstrated a significant reduction in lung adsorption. These studies were reported in a peer-reviewed article (Langmuir, 2024).
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究によって、最も汎用的なPEG修飾法で到達可能な最大密度のPEG化NDの作成法が示されるとともに、重なり合い濃度の定量法の開発によって、NDを含む「堅い」ナノ粒子に全般に対する高分子修飾に明確な物理化学的描像を与える事が可能となった。また、NVセンターの増設技術と、PEG化によって血中投与後の肺吸着が大幅に抑制されたことで、個体への全身投与によるin vivo計測の実現可能性が示された。今後、細胞や体の中の化学反応を計測することで生命活動の作動原理を熱力学で理解する学術への進展が期待され、生命科学の飛躍的発展とその知見を基にした創薬と医療の発展が期待される。
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