2020 Fiscal Year Annual Research Report
High-performance nanolaser biosensor with an ion-sensitivity
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16H06334
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
馬場 俊彦 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (50202271)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西島 喜明 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (60581452)
福田 淳二 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (80431675)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | ナノレーザ / フォトニック結晶 / GaInAsP半導体 / バイオセンシング / 化学センシング / イオン感応性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，代表者がこれまで開発してきたGaInAsP半導体フォトニック結晶ナノレーザバイオ化学センサにおいて，従来，同種のフォトニックセンサが周辺の屈折率上昇を感知する屈折率センサであったのに対して，イオンを感知するセンサとなることを発見したことから始まっている．昨年度までの研究で，そのような証拠となる数々の実験を示し，イオンがレーザ発振強度に作用する効果を用いて，アルツハイマー病のバイオマーカーの候補であるCRMP2タンパク質の簡易な検出に成功した．また，この延長線上で，簡易なpHセンシングを試み分解能0.05を得た．本年度はこのpHセンシングを完全に理論化し，高感度と高S/Nを両立できるフラクタルレーザを新たに考案，分解能0.019という市販センサをしのぐ高性能を実証した．これを使えば，リアルタイムに微小領域のpHが把握できることになり，pHに関係する様々なバイオ化学現象の解明につながる．また昨年は，ナノレーザを簡易な電気化学回路であるスクリーンプリントセルの中に組み込み，バイアス印加によりナノレーザの動作やセンシング特性が直接操作できることを示した．本年度はこれを用いてバイオマーカ検出のための抗体修飾や抗原抗体反応を安定化させた．そして，PSR，CRP，IL6といった代表的なバイオマーカの抗体と抗原のクロス検出を試み，全ての組み合わせにおいて，ポジティブコントロールでは1 fM前後の超低濃度からシグナルを検出し，ネガティブコントロールでは1 nM以下の濃度で有意なシグナルが現れないことを確認，抗原抗体反応の選択的な高感度検出に成功した．これはイオン感応性を制御する超高性能センサという目標を達成する重要な成果である．pHセンシングについては米国光学会のOptics Letters誌に論文を掲載したほか，抗原抗体反応についても重要な論文誌への投稿を準備している．
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(6 results)
