Luminescence of carbon nanotube-enzyme complex and its application

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H02539
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 田中 丈士 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究グループ長 (30415707)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 片浦 弘道 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 招聘研究員 (30194757)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: カーボンナノチューブ / 発光 / 酵素

Outline of Annual Research Achievements

酵素反応を利用した、カーボンナノチューブの近赤外発光に関する研究を推進する。近赤外光は生体組織に対して高い透過性と低い散乱性を有しており、医療応用に非常に適しているが、蛍光を利用する場合には励起光自体の透過性が低いことや生体分子由来の自家発光が問題となっている。本研究の酵素反応によるカーボンナノチューブの発光は励起光が不要なためこれら問題を回避することが可能であり、さらに、酵素の持つ基質特異性を利用することにより選択性の高いセンサ機能も付与することが可能となる。前年度は、ホタルの発光酵素(ルシフェラーゼ)の発光反応を利用したカーボンナノチューブの近赤外発光の検出に成功し、構造分離したカーボンナノチューブを用いた発光の分光スペクトルから当該発光がカーボンナノチューブに由来することが強く示唆された。今年度は、前年度得られた結果を補強すべく、さらに複数の異なる構造を持つカーボンナノチューブを調製し、これを用いた発光スペクトル測定を行った。その結果、当該構造分離カーボンナノチューブの発光波長に対応した発光スペクトルが得られ、当該発光がカーボンナノチューブに由来することが確かめられた。また、より高感度な測定系を得るために、前年度に導入した近赤外領域に対応する分光器(ポリクロメーター)の試料室に新たな集光系を導入する改造を加えた。改造による効果については現在確認を行っているところである。今後は引き続き、当該発光の詳細な解析を行っていく予定にしている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

今年度は前年度に得られたカーボンナノチューブの発光スペクトルの情報を追加することで、当該発光がカーボンナノチューブによるものであることの確証が得られている。発光強度の増強を目的にしたカーボンナノチューブと酵素の相互作用については当初予想していたものと異なる結果となったが、別途、新たな高感度測定系を検討することで解決可能であると考えており、概ね順調に進展していると言える。

Strategy for Future Research Activity

これまでの所、近赤外発光の検出に成功し、当該発光がカーボンナノチューブに由来することを確認できているが、その発光効率は高くはなく、その効率を高めるための工夫が必要になってくる。 そのことも考慮しながら、今後の研究を推進していく予定にしている。