2016 Fiscal Year Research-status Report
フォトクロミズムによる応答差分検出に基づく高精度糖センシングシステムの開発
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16K05810
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
遠田 浩司 富山大学, 大学院理工学研究部(工学), 教授 (60212065)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 血糖値 / オプティカルセンサー / 差分検出 / 光異性化ゲル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
低浸襲的に皮下間質組織液中の血糖値をモニターできるウェアラブル光学センサの精度の向上を目指した，フォトクロミズムによる応答のon/off差分検出に基づく高精度糖センシングシステムを開発することを目的とし，平成28年度は重合性官能基を導入したスピロピランの合成を行なった。また，合成したスピロピランと単官能モノマーを共重合することにより高分子ゲルフィルムを合成し，可視光照射による光リセット能の評価を行なった。
1. 重合性官能基を有するスピロピランの合成：トリメチルインドレンの窒素部位にプロピオン酸を導入した後，塩基条件下でo-バニリンを縮合させ，スピロピラン骨格を構築した。得られたスピロピランのプロピオン酸部位にニトロフェノールを縮合させた後，アミノプロピルメタクリルアミドによる交換反応を経て重合性官能基としてメタクリル基を有するスピロピランを合成した。総収率10.2％。
2. 光リセット能を有する高分子ゲルフィルムの合成：合成した重合性官能基を有するスピロピランを含むジメチルアクリルアミドモノマー溶液を，厚さ12μmのスペーサーを介した2枚のスライドガラス間に導入し，熱重合することによって高分子ゲルフィルムを合成した。
3. スピロピラン共重合高分子ゲルフィルムの光リセット能の評価：合成した高分子ゲルフィルムを自作のフローセルに組み込み，超高輝度青色LED (波長470nm)を光源として，光のon/offに伴う高分子ゲルフィルムの透過スペクトル変化及び画像イメージの観察を行なった。その結果，1.0 mM HCl溶液中では，1分以内の光照射で最大吸収波長410 nmのピークが完全に消失するとともにゲルが収縮し，光照射終了後5分程度で吸収スペクトル，イメージとも光照射前の状態に戻ることが確認された。この結果は，合成した高分子ゲルフィルムが可逆的な光リセット能を有していることを示している。
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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
平成28年度研究計画として，フォトクロミズムによる応答のon/off差分検出に基づく高精度糖センシングシステムの開発のための １）8’位に電子供与基を導入することにより迅速な光異性化・自発戻りを示すスピロピランの合成と重合性官能基の導入， 2）合成したスピロピランを組み込んだ高分子ゲルフィルムの合成と光リセット能の評価を挙げている。
1）に関しては，重合性官能基としてのメタクリル基及び迅速な光異性化・自発戻りのための8’位にメトキシ基を導入したスピロピランの合成を完了している。
2）に関しては，合成したスピロピランとジメチルアクリルアミドを共重合した光リセット用高分子ゲルフィルムの合成を完了しており，青色LED照射(470 nm)照射により迅速にゲルの収縮・膨潤が起こることを確認している。作製した高分子ゲルは，光異性化のために1mM程度の塩酸の添加が必要であるが，スピロピランの6’位に電子吸引基を導入することで，中性のpH域で光異性化を示すゲルを現在構築中である。
以上の理由で，本研究は概ね当初の計画通り順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
光リセット能を有する酵素/pH感受性近赤外吸収色素に基づくグルコースセンサの開発：センサ応答リセット用ゲルフィルムに酵素/色素固定化用のアジ基を含む単官能性モノマー溶液を含浸させ熱重合した後，クリック反応を用いてアルキニル基を有するグルコース酸化酵素とBODIPY色素を固定化し，これを透過性制御膜で覆うことにより光リセット能を有するセンサを構築する。構築した光リセット能を有するセンサを，種々の濃度のグルコースを含む溶液に浸し，波長470 nmの高輝度LED光照射をon/offしながら，740 nmのセンサからのシグナルをモニターする。外部迷光の強度を変化させながらセンサ応答のon/off差分を測定し，光異性化によるセンサ応答のリセット速度，自発戻り速度とセンサ応答速度，再現性，繰り返し精度，外部迷光の影響について詳細に評価する。
光リセット能を有するレセプター/色素複合体を架橋点とするグルコースセンサの開発：我々が既に開発しているビスベンゾボロキソール型グルコースレセプターとレセプター感受性色素複合体を架橋点とするセンサにスピロピランを共重合することにより組み込み，ゲルの光異性化による収縮によってセンサ応答をリセットすることを試みる。このセンサは，架橋点のレセプターとグルコースとの錯形成により，架橋点が減少しゲルが膨潤して応答シグナルが増幅されるが，光照射によるメロシアニン型から極性の低いスピロピラン型への異性化による疎水性の増大によりゲルが収縮し，ゲルの膨潤により解離していたレセプター/色素複合体が元に戻ることにより，センサ応答がリセットできるものと考えている。フォトクロミズムによるセンサ応答のon/off差分を測定し，光学的バックグラウンドの変動に対するセンサ応答精度を詳細に評価し，研究を取りまとめる。
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| Causes of Carryover |
合成用試薬を発注した際に、発注価格と納品価格の差分が生じ、次年度使用額が生じてしまった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
試薬等消耗品費の一部として使用する予定である。
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