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2020 Fiscal Year Annual Research Report

Development of photonic crystal resonator for epigenome analysis

Research Project

Project/Area Number 19H04451
Research InstitutionOsaka Prefecture University

Principal Investigator

遠藤 達郎  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40432017)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Keywordsフォトニック結晶 / ナノ共振器 / ナノインプリントリソグラフィ / バイオセンサ / エピゲノム
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、バイサルファイト法等煩雑な操作の必要なく①可視領域の光でDNA鎖中シトシン塩基のメチル化に起因するわずかな分子量・構造変化を屈折率変化として高感度に直接検出可能な光学素子「フォトニック結晶(Photonic crystal: PhC)ナノ共振器」を設計・開発し、②DNA鎖のメチル化率を非染色で解析可能にし、③アルツハイマー病とDNAメチル化率の相関を明らかにすることにある。
当該年度では、前年度に設計したフォトニック結晶ナノ共振器の作製とDNAハイブリダイゼーションを用いたメチル化DNAの非染色検出を行った。フォトニック結晶ナノ共振器は、電子線描画装置および反応性イオンエッチング装置を用いて鋳型を作製した後、ナノインプリントリソグラフィーおよび液相析出法を用いて二酸化チタンを基材とするフォトニック結晶ナノ共振器を作製した。
また、作製したフォトニック結晶ナノ共振器は、特定の塩基配列を有するプローブDNAを固定化した後、異なる濃度に調製したターゲットDNA溶液あるいは配列中のシトシンへメチル基を付与したターゲットDNA溶液を滴下、ハイブリダイゼーションさせることによって誘起される周辺屈折率変化を反射スペクトル変化として観察した。その結果、メチル化ターゲットDNA、非メチル化ターゲットDNAとでそれぞれ異なる光学特性変化を示すことが観察された。この結果から、本研究で作製したフォトニック結晶ナノ共振器が非染色でDNAのメチル化を検出可能であることが明らかとなった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究では、これまでの実績よりも更なる高感度化に成功している点に加え、当該年度ではメチル化・非メチル化の判定に成功したことから概ね順調に進展していると判定する。加えて、メチル化シトシンに対して特異的に結合する抗体を用いて評価を行った結果においても同様にメチル化・非メチル化の判定が可能であったことから、今後さらなる高感度化を進めることでメチル化率の評価にも応用可能である。

Strategy for Future Research Activity

今後は、①さらなる高感度化を指向した構造設計改善、②作製精度・再現性向上、③疾患モデル配列を用いたメチル化検出・メチル化率評価を実施することを計画している。これら項目を実施し、既存技術と比較することで本研究で開発したデバイスの有用性を明らかにする。
また、本研究で開発したデバイスを基に、エピゲノム解析用デバイスとしての応用展開だけでなく、光を駆使した「塩基配列解析」、「タンパク質修飾」、「アミノ酸配列解析」などタンパク質の解析も含めた新しい応用展開についても視野に入れた研究開発を推進することを計画している。

  • Research Products

    (7 results)

All 2020

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (2 results)

  • [Journal Article] Angle-Sensitive Photonic Crystals for Simultaneous Detection and Photocatalytic Degradation of Hazardous Diazo Compounds2020

    • Author(s)
      Maeno Kenichi、Patel Bhargav R.、Endo Tatsuro、Kerman Kagan
    • Journal Title

      Micromachines

      Volume: 11 Pages: 93~93

    • DOI

      10.3390/mi11010093

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Highly sensitive optical ion sensor with ionic liquid-based colorimetric membrane/photonic crystal hybrid structure2020

    • Author(s)
      Kawasaki Daiki、Oishi Ryoutarou、Kobayashi Nao、Mizuta Tatsumi、Sueyoshi Kenji、Hisamoto Hideaki、Endo Tatsuro
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 10 Pages: 16739

    • DOI

      10.1038/s41598-020-73858-8

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Template Stripping Method-Based Au Nanoarray for Surface-Enhanced Raman Scattering Detection of Antiepileptic Drug2020

    • Author(s)
      Endo Tatsuro、Yamada Hirotaka、Yamada Kenji
    • Journal Title

      Micromachines

      Volume: 11 Pages: 936~936

    • DOI

      10.3390/mi11100936

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fabrication of Plasmonic Membrane for Sensor Application using Membrane Filter as a Template2020

    • Author(s)
      Endo Tatsuro、Yamada Hirotaka
    • Journal Title

      IEEJ Transactions on Sensors and Micromachines

      Volume: 140 Pages: 382~383

    • DOI

      10.1541/ieejsmas.140.382

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 印刷技術を用いたナノフォトニクスデバイス作製と高感度バイオセンサ開発2020

    • Author(s)
      遠藤達郎
    • Journal Title

      月刊オプトロニクス

      Volume: 465 Pages: 164-167

  • [Presentation] プラズモニック結晶を用いた非染色PCR産物検出デバイスの開発2020

    • Author(s)
      古川ふう大,井上千種,川崎大輝,山田大空,末吉健志,久本秀明,遠藤達郎
    • Organizer
      日本分析化学会第69年会
  • [Presentation] 光学バイオセンサ応用を志向したYAG:Ce3+粒子含有フォトニック結晶の作製と光学特性評価2020

    • Author(s)
      植田渉太郎,小林奈緒,川崎大輝,山田大空,末吉健志,久本秀明,遠藤達郎
    • Organizer
      「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム

URL: 

Published: 2021-12-27  

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