2020 Fiscal Year Annual Research Report
Biosensing by dynamic magnetization measurement of stimuli-responsive magnetic hydrogels
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18H01824
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
北本 仁孝 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (10272676)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | バイオセンシング / ハイドロゲル / 刺激応答性高分子 / 磁性ナノ粒子 / 交流磁化計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
化学的・生化学的刺激に応答する、磁性ナノ粒子を内包した磁気ハイドロゲルをバイオセンシングのラベルとし、その交流磁化計測による新規の化学・生化学センサの開発を目的とし、刺激応答性磁気ハイドロゲルラベルの開発、流動性媒体中での磁性ナノ粒子の流体力学的振舞の解析手法の開発を行った。
流動性媒体中での磁性ナノ粒子の振舞の解析において、高感度化を意図した差動検出コイルと回路を作製した。また、その解析手法として交流磁場下での磁性ナノ粒子のブラウン緩和時間分布の評価を行った。電気回路を用いたシミュレーションをもとに、交流磁化の周波数依存性の挙動から緩和時間分布の変化を検出するパラメータを設定し、バルクの水溶液中であるがDNAの特異的検出に成功した。
前年度に開発した、pH応答性ポリマーであるスルファメサジンポリマーゲルと磁性ナノ粒子との複合体が、pH8-10の間で急峻に膨潤状態が変化することを明らかにした。その結果をもとに初期pHを適切に設定し、ゲルと周囲の水との配分を調整した条件で、微量のアンモニアガスの吸収により、磁性スルファメサジンポリマーゲルの交流磁化の周波数依存性が顕著に変化する結果を得た。このポリマーの膨潤状態が狭いpH範囲で変化することから、pHを変化させる気体や液体の微量検出に適していることを明らかにした。
磁気ハイドロゲルセンサの高感度化のために、磁性ナノ粒子のブラウン緩和現象が顕著に現れるように、マクロ多孔ゲルの内部構造のサイズ制御を行った。ゲルを構成するポリマーの重合とその架橋の条件を変化させるとブラウン緩和周波数を変調させることができた。また、ゲルを構成するポリマーと磁性ナノ粒子の表面修飾分子の極性を調整した複合化の検討から、ゲル内部での磁性ナノ粒子の流体力学的振舞にはゲルポリマーとナノ粒子の表面修飾分子との静電的相互作用の影響が強く表れることが明らかとなった。
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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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