2015 Fiscal Year Annual Research Report
ナノインプリント製フォトニック結晶ナノ共振器を用いたエピゲノム解析デバイスの開発
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15H03009
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
遠藤 達郎 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40432017)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | フォトニック結晶 / エピゲノム / バイオセンサー / ナノインプリントリソグラフィー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度では、以下の研究項目を実施した。
研究項目A:ナノインプリントリソグラフィーを用いたフォトニック結晶ナノ共振機の作製
ナノインプリントリソグラフィーを用いてフォトニック結晶ナノ共振器を作製するには、高い精度を有する鋳型を用意する必要がある。本研究項目では、電子線描画装置・反応性イオンエッチング装置を用いて鋳型を作製した。鋳型は、有限差分時間領域法を用いたシミュレーション解析にて得られた欠陥構造内の光閉じ込め・増幅挙動に関する知見を元に設計を行った。加えて鋳型作製には、シリコン基板上へ電子線レジストをスピンコート法にて塗布した後、ナノ共振器と反転した構造を描画し、エッチングを行った。また、ポリマー製フォトニック結晶ナノ共振器は、ナノインプリント装置にて基材としてcyclo-olefin polymerを用いて作製した。作製したフォトニック結晶ナノ共振器は、走査型電子顕微鏡および原子間力顕微鏡を用いて形状観察を行った結果、良好な精度で作製することに成功した。
研究項目B:エピゲノム解析用フォトニック結晶ナノ共振器の設計決定
本研究項目では、作製したポリマー製フォトニック結晶ナノ共振器の光学特性評価を行い、エピゲノム解析への応用に適したフォトニック結晶ナノ共振器の設計決定を行った。光学特性評価の結果、従来フォトニック結晶ナノ共振器にはシリコンなど高い屈折率を有する無機材料を基材として用い、赤外波長の光源を使用して光閉じ込め・増幅を実現していたのに対し、ポリマーという極めて低い屈折率の基材を用いて可視領域の光（波長: 650 nm）をナノ共振器内へ効率よく閉じ込め・増幅させることに初めて成功した。また、シミュレーション解析の結果、個々のナノ共振器が近接した環境にある場合、共振器内への光閉じ込め・増幅効率が顕著に低下することが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当該年度では、予定していた(1)フォトニック結晶ナノ共振器の設計・作製、(2)エピゲノム解析に適したフォトニック結晶ナノ共振器の設計決定、の研究項目を計画どおり推進し、(1)ポリマーを基材として、高効率に可視光閉じ込め・増幅が可能なフォトニック結晶ナノ共振器作製に成功、(2)高効率に光閉じ込め・増幅可能なナノ共振器の設計を明らかにした、(3)エピゲノム解析に適した設計を明らかにした、という成果が得られている。また前述した研究項目にて得られた成果に加えて、モデル実験として細菌の16s rRNA遺伝子配列におけるDNAハイブリダイゼーションの検出実験も並行して実施し、染色操作の必要なく相補的配列を有するDNAのみを検出・定量することに成功している。
以上の理由から現在までの進捗状況は、当初の計画以上に進展していると判定した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、平成28年度以降以下の研究項目を実施する。
(1)DNAメチル化の検出
(2)培養細胞中DNAのメチル化検出
上記研究項目を実施し、エピゲノム解析でビアスの有用性を明らかにする。
加えて、今後の研究推進方策として、DNAメチル化の高感度検出が困難であった場合、メチル化に起因する屈折率変化を検出可能な信号増幅法についても並行して検討を行っていく。
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