2020 Fiscal Year Research-status Report
A development of analytical system for biological nanoparticles using resistive pulse sensing with functional nano-biointerface
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19K05225
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
堀口 諭吉 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教 (50609758)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 微量分析 / ウイルス / ナノ材料 / コロイド / ナノ界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はポア計測（細孔電気抵抗法、Resistive Pulse Sensing, RPS）を用いたウイルス計測を実施するものである。ナノ-マイクロオーダーの微細な孔（ポア）が空いた膜を電解液で満たし膜の両端に電圧をかけると、ポア中をイオンが移動する事による電流（イオン電流）が発生する。微粒子が細孔膜を通過する際に微粒子の体積に相当するイオン排除されるため、それに対応する電流値の減少がパルスとして計測される。本技術を用いることで、ウイルスなどの粒子も個別に計測し、計数することが可能であることから、世界的にも脅威となりうるウイルス感染症のモニタリングにも応用可能な技術となることが期待できる。
棒状の特殊な形状のナノ材料を分子認識材料とし、ヒトインフルエンザウイルスの捕捉・検出を試みた。本ナノ材料の特徴として、インフルエンザウイルスの形状と明確に異なる点が挙げられる。例えば、インフルエンザ粒子は100ナノメートルと小さく、ポアを即座に通過してしまうが、本ナノ材料の場合、短軸は50ナノメートルであるが、長軸が3マイクロメートルという長さのために、通過に非常に時間がかかる。この差を利用することで、分子認識の際のパルスの波形を特殊な形状にすることができる。こうしたナノ材料にヒトインフルエンザが認識する6’シアリルラクトースを固定化し、ヒトインフルエンザウイルスの計測を実施したところ、ウイルスに由来するパルスは全く異なる分布を示した。以上からナノ材料をセンサー表面とすることで、ウイルスの認識を劇的な変化により検出することに成功した。
また、本研究に関連してポア表面の改質を行うことで詰まり発生などのポア計測の問題を解決する研究を発表した。
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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
研究計画調書の通り、2020年度の研究目標は「①ナノプローブへのリガンド固定化及びその物性評価」を完了する及び「②ナノプローブと生体微粒子の複合体形成と計測評価」の実施である。
①については、計画調書ではLayer-by-Layer法による表面就職プロセスの後ウイルスを認識する糖鎖を固定化する予定であった。しかしながら、ナノプローブの分散安定性について難が生じたため、チオール・アミン末端ポリエチレングリコール（HS-PEG-NH2）を金ナノロッドの表面に固定化（PEG）化し、分散安定性を維持しながら還元アミノ化反応により糖鎖を固定化した。以上のように①は2020年度内に達成された。
また、②についても実施し、ナノプローブと生体微粒子（ウイルス）との複合化及び、それに由来する計測データを得ることに成功した。以上から順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、本研究のデータを纏め、年度内の論文化を目指す。また、本研究の知財化についても検討を行っていく。さらには、本研究の学会発表等を行い、社会に幅広く発信していくとともに、本研究アプローチのさらなる広がりについても模索していく。
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Research Products
(4 results)
