光増感剤を用いた汎用的センサーシステムの開発

• Project Area: Development of Molecular Robots equipped with sensors and intelligence
• Project/Area Number: 25104506
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 寺井 琢也 東京大学, 薬学研究科(研究院), 助教 (00508145)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2014: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2013: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: 分子認識 / ナノマシン / 分析科学 / 先端機能デバイス / 合成化学

Outline of Annual Research Achievements

外界の状況を的確に認識して物理的な応答を返す「分子ロボット」の創成には、外部からの入力シグナルを感知し下流へと受け渡すセンサの開発が必要不可欠である。論理応答を実行する分子センサとしてこれまで主に研究されてきたのは蛍光発光をアウトプットとするものであるが、これらのセンサは下流デバイスへのシグナル伝達効率という観点では不十分な点が多い。そこで本研究では、光励起に伴い一重項酸素等の活性酸素種（ROS）を産生する「光増感剤」に着目し、これを基盤とする新たなセンサの開発を目指している。
本年度はまず、前年度において課題として残されていたリポソーム（GUV）表面への光増感剤の導入について研究を行った。具体的には、本新学術領域研究のメンバーでもある東京大学の豊田太郎博士と共同で遠心沈降法を用いたGUV調製の条件検討を行い、脂質膜内に光増感剤を導入したGUVの簡便な作成方法を開発した。続いて、蛍光色素あるいは加水分解酵素を内液に封入したGUVを作成し、光照射による内液成分の放出について検討を行った。その結果、蛍光色素の放出については「光増感剤あり、光照射あり」の時のみ有意なシグナルの上昇が確認され、本研究のコンセプトを示すことに成功した。一方、酵素の放出については差が観察されず、GUV上での光増感反応による膜透過性の向上は全ての分子に対して有効である訳ではないことが示唆された。換言すると、この結果は光照射によって所望の分子のみをベシクル内外へと輸送できる可能性を示すものであり、分子ロボティクスの観点から有用性が期待される。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] 光増感剤を用いた汎用的センサーシステムの開発 (2015)
  • Author(s): 寺井琢也
  • Journal Title: Molecular Robotics Research Group News Letter Volume: 11 Pages: 4-4
• [Journal Article] Practical Fluorescence Detection of Acrolein in Human Plasma via a Two-step Tethering Approach (2014)
  • Author(s): Masataka Togashi, Takuya Terai, Hirotatsu Kojima, Kenjiro Hanaoka, Kazuei Igarashi, Yasunobu Hirata, Yasuteru Urano, and Tetsuo Nagano
  • Journal Title: Chem. Commun Volume: 50 Issue: 95 Pages: 14946-14948
  • DOI: 10.1039/c4cc02578d
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Boron Dipyrromethene as a Fluorescent Caging Group for Single-photon Uncaging with Long-wavelength Visible Light (2014)
  • Author(s): Nobuhiro Umeda, Hironori Takahashi, Mako Kamiya, Tasuku Ueno, Toru Komatsu, Takuya Terai, Kenjiro Hanaoka, Tetsuo Nagano, and Yasuteru Urano
  • Journal Title: ACS Chem. Biol Volume: 9 Issue: 10 Pages: 2242-2246
  • DOI: 10.1021/cb500525p
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Selective Ablation of β-Galactosidase-expressing Cells with a Rationally Designed Activatable Photosensitizer (2014)
  • Author(s): Yuki Ichikawa, Mako Kamiya, Fumiaki Obata, Masayuki Miura, Takuya Terai, Toru Komatsu, Tasuku Ueno, Kenjiro Hanaoka, Tetsuo Nagano, Yasuteru Urano
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 53 Issue: 26 Pages: 6772-6775
  • DOI: 10.1002/anie.201403221
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 光増感剤を用いた汎用的センサーシステムの開発 (2015)
  • Author(s): 寺井琢也
  • Organizer: 新学術領域「分子ロボティクス」第5回領域会議
  • Place of Presentation: ラフォーレ伊東（静岡県伊東市）
  • Year and Date: 2015-03-10 – 2015-03-12
• [Presentation] 光増感剤を用いた汎用的センサーシステムの開発 (2014)
  • Author(s): 寺井琢也、伊藤央樹
  • Organizer: 第3 回「分子ロボティクス」新学術領域全体会議
  • Place of Presentation: モンタナリゾート岩沼（宮城県岩沼市）
  • Year and Date: 2014-03-14 – 2014-03-16
• [Presentation] A Study on pH-Responsive Photosensitizers for Potential Applications in Molecular Robotics (2013)
  • Author(s): Takuya Terai, Hiroki Ito, Tetsuo Nagano
  • Organizer: CBI2013 annual meeting
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京都江戸川区）
  • Year and Date: 2013-10-29 – 2013-10-30
• [Remarks] 東京大学大学院薬学系研究科 薬品代謝化学教室
  • URL: http://www.f.u-tokyo.ac.jp/~taisha/