2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of advanced biosensing systems utilizing magnetic markers and magnetic sensors
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15H05764
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
圓福 敬二 九州大学, 超伝導システム科学研究センター, 教授 (20150493)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹村 泰司 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (30251763)
吉田 敬 九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (30380588)
隈 博幸 長崎国際大学, 薬学部, 准教授 (40435136)
榎本 尚也 有明工業高等専門学校, 創造工学科, 教授 (70232965)
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| Project Period (FY) |
2015-05-29 – 2020-03-31
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| Keywords | バイオセンシング / 磁気マーカー / 磁気ナノ粒子 / 免疫検査 / 磁気粒子イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、従来の光学的手法には無い新機能や高感度性を持つ、磁気マーカーを用いた先端バイオセンシングシステムを開発することを目的としている。本年度に得られた主な成果は以下の通りである。
(1)磁気マーカーの特性解析法の確立。バイオ応用の際には磁気マーカーは様々な環境下で使用される。このため、溶液中に分散した場合や細胞に結合した場合などの磁気マーカーの諸特性を実験と解析により定量的に明らかにした。これにより、それぞれの応用に適した磁気マーカーの選定と、マーカー特性に応じた測定システムの最適化を可能とした。また、市販の磁気マーカーサンプルでは粒子パラメータがサンプル内で広く分布しているため、特性の優れた磁気マーカーのみを選別できる磁気分画法を開発した。本手法により市販の磁気マーカーサンプルの高性能化を可能とした。
(2)磁気的免疫検査手法の高度化。B/F分離のための洗浄工程を必要としない、液相での免疫検査法と計測システムを高度化するとともに、本手法を用いてバイオ物質（C反応性蛋白質：CRP）の検出実験を行った。その結果、洗浄工程なしで1 pg/mLの微量なCRPの迅速・高感度検出が可能なことを示し、本手法の有効性を実証した。また、磁気マーカーの低周波領域での磁気特性を高精度に測定するため、高温超伝導コイルとインダクタンス変調方式を用いた新規な磁気センサを開発した。
(3)磁気イメージング手法の高度化。磁気粒子の３次元位置と量を検出するための計測システムとイメージング手法を高度化した。本手法を用いて30 mm～50 mm の深部に集積した重さの異なる二つの磁気粒子サンプルの検出実験を行い、位置精度5 mm、重さ精度15% でのイメージングに成功し、本手法の有効性を実証した。なお、本手法は2次元の磁気画像データから磁気粒子の3次元濃度分布を再構成できるという他には無い特長を有する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の研究は当初の計画通りに進んでおり、研究遂行において特に問題はなかった。本年度は、昨年度に引き続き、1) 磁気マーカーの特性解析法、2) 磁気的免疫検査手法、及び3) 磁気イメージング手法、を高度化した。研究実績の概要に記したようにそれぞれの課題に関して多くの成果が得られており、これらの成果は世界的にも高い評価を得ている。また、これらの成果を基に磁気的免疫検査と磁気粒子イメージングの開発を始めた。まだ予備的な段階であるが、磁気免疫については従来の光学的手法では困難であった洗浄工程無しでの高感度検査を示した。磁気粒子イメージングについては、磁気粒子の３次元位置と量を検出するための画像解析法を開発した。これにより、磁気的手法の要素技術を深化するとともに先端バイオセンシングシステム開発に向けた基盤を確立することが出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、磁気マーカーを用いた先端バイオセンシングシステムを開発するため、研究の前半３年では磁気的手法の要素技術を深化して検査システムを高性能化し、研究の後半では磁気的免疫検査と磁気粒子イメージングなどの先端バイオセンシングシステムを開発する計画となっている。これまで当初の計画通りに研究が進展しており、今後の研究遂行においても特に大きな問題はないと思われる。既に磁気的免疫検査と磁気粒子イメージングに対する研究を開始しており、予備的な段階であるが、磁気的手法の有用性を示す多くの成果が得られている。今後はこれまでの成果を発展させて測定システムと検出手法を高度化し、磁気マーカーを用いた先端バイオセンシングシステムを高性能化して行く。
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