2015 Fiscal Year Annual Research Report
生体構造転写型ポリマー膜による細菌・細胞の革新的検出システム開発
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15H03010
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
床波 志保 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60535491)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
飯田 琢也 大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (10405350)
中瀬 生彦 大阪府立大学, 21世紀科学研究機構, 講師 (40432322)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | バイオセンサ / 分子認識 / 細菌 / 細胞 / 分析化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
検出目的物質の表面構造を３次元的にメモリした「生体構造転写型ポリマー膜」を開発し、非標識かつ数分程度で迅速・簡便に少数個の病原性細菌や癌細胞などの特異検出を実現する革新的検出システムの創成につなげることが本研究の当初の目的であった。
初年度は鋳型作製時の電解重合のための最適条件探索を行い、これまでに細菌鋳型作製で培って来た技術を細胞応用のために最適化し、カチオン性のポリマー膜にドーパントアニオンとして表面電荷が負である白血病細胞を取り込み、脱ドープして細胞鋳型膜作製するための条件を見出した。また、水晶振動子マイクロバランス測定法(QCM測定法)により、細胞鋳型作製時に用いた標的細胞を選択的に高い効率で捕捉できることも確認した。さらに複数種類の浮遊細胞でQCMの振動数に差異が現れることも確認し、鋳型膜による選択性を確認した。
さらに、ナノ粒子間の相互作用を考慮して自己無撞着に決定した応答電場の下での光誘起力による配列現象をエネルギー領域でシミュレートできる「光誘起力ナノメトロポリス法(LNMM)」を改良した「分子認識メトロポリス法(MRMM)」を開発し、細菌や細胞などのミクロンオーダーの構造体に適用できるように最適化を行った。この手法により、まずは比較的小さなロッド状の細菌の表面化学構造と相補的な空間配置の分子認識サイトを備えた細胞鋳型膜を想定した場合とミスマッチな空間配置の場合のシミュレーションを行い、前者の方が特異的に結合する確率が高いことを確認し、実験で観測された誘電泳動下での選択的な細菌トラップと整合する結果を得た。また、現有の1064nmの波長の赤外レーザーや初年度に導入した800nmレーザー光により細菌の狙った場所への誘導にも成功し、その成果の一部を米国光学会Optical Materials Expressに初歩段階の成果を発表した。
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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
予備実験で用いていた細菌だけでなく、浮遊細胞を対象とした生体構造転写型ポリマー膜のプロトタイプ開発にも成功した。10μmオーダーのマクロな細胞であっても高い選択性がQCM測定法により得られたことからも表面化学構造の情報がポリマー膜に精巧に転写されている可能性がある。また、1μm程度の大きさの細菌を対象として予備的成果を得ていた独自の「分子認識メトロポリス法」による計算を３Dシミュレーションで用いられるGeodesic Gridなどの手法を用いた高度なモデリングで拡張し、よりマクロな細胞のポリマー膜への誘電泳動による選択的捕捉の可能性を裏付ける成果も得ており、実験との良い対応を得たことも特筆すべき成果と言える。さらに、レーザー照射点への細菌の集団的誘導に関する知見が得られたことや、疑似細胞としてのマイクロ粒子と金ナノ粒子の混合系での光集合現象、細胞への生体関連物質誘導などの当初予想していなかった成果なども得られ始めており、計画以上に進展していると評価している。
[1] 若手講演ポスター賞、第75回分析化学討論会（2015年5月, 於：山梨大学甲府キャンパス）
受賞論文：「金属ナノ粒子-マイクロ粒子混合系における高速光集積現象と分析応用」Y2035、
著者：宮井萌、山本靖之、西村勇姿、床波志保、飯田琢也 [受賞者：宮井萌]
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| Strategy for Future Research Activity |
項目(1)と関連して、細菌・細胞の脱ドープの高効率化に向けた化学的アプローチによる取組や、2年度に向けて走査型電子顕微鏡(SEM)やレーザー顕微鏡を用いて、細菌や細胞と同程度の細孔が形成されている様子を確認し、その内部への表面構造の転写の状態を調べるための準備を進めている。また、実試料分析を視野に入れた実験や、フロー系への展開なども目指す。また細胞鋳型膜の実験結果で得られた細胞や鋳型膜のミクロな情報をシミュレーションにフィードバックすることで、揺らぎのあるよりリアルな系での理論解析も行っていく予定である。
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| Remarks |
その他、多数のメディアで紹介される。月刊スマートハウス、日経産業新聞(8面)、月刊「Solvisto」, 2015年5月号, p.30-31、月刊「コンバーテック」2016年2月号, p.44-45。
床波研究室：ＵＲＬ http://www.chem.osakafu-u.ac.jp/ohka/tokonami_lab/
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[Presentation] Photothermal assembling of porphyrin dimers2015
Author(s)
Y. Yamamoto, Y. Nishimura, T. Tanaka, H. Yorimitsu, A. Osuka, S. Tokonami, T. Iida
Organizer
The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015（Pacifichem2015)
Place of Presentation
The Sheraton Waikiki HotelHonolulu, Hawaii, USA
Year and Date
2015-12-15 – 2015-12-20
Int'l Joint Research
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