2019 Fiscal Year Research-status Report
Application and characterization of gold nanoparticle mass-probe
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19K05528
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
新留 康郎 鹿児島大学, 理工学域理学系, 教授 (50264081)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 金ナノ粒子 / 質量分析 / マスプローブ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金や金銀合金ナノ粒子のレーザー脱離イオン化挙動の解明をめざした研究を行った。金・銀イオンそれぞれの脱離効率が、ナノ粒子の形状や表面状態や金銀合金 の割合にどのような影響を受けるかを検討し、金属イオンのレーザー脱離挙動を解明した。粒子１個の散乱光を観察できる棒状のナノ粒子である金銀・コアシェルナノロッドを作製し基板上のナノ粒子の密度を光学顕微鏡で確認する方法を実現した。ナノロッドにレーザー光が照射されるとナノロッドは球状粒子に変換されて分光特性が大きく変化する。この原理を用いてMALDI-MS装置のパルスレーザー光の照射される範囲を確認し、照射範囲にあるナノ粒子の数とマスシグナル強度との相関を調べた。ナノ粒子１個あたりのマスシグナル強度を算出でき、単粒子分析が可能であることを示した。この成果は現在学術雑誌に投稿準備中である。
餌に金ナノ粒子を混入し、血中に移行する極微量のナノ粒子の体内動態を評価ための予備実験を進めてきた。従来の金ナノ粒子ではシグナル強度が小さくなったときにノイズと区別が難しくなった。そのために、本研究では金・銀合金、さらに金・パラジウム合金ナノ粒子を作製した。これらの粒子をゼラチンに分散し、切片化しイオン化挙動を検討したところ、それぞれ金イオンに加えて、銀イオンとパラジウムイオンの脱離が観察できた。これらの粒子がマスプローブとして機能することを明らかにできた。これら合金ナノ粒子の物性を明らかにするために、電気化学測定や抗菌活性評価を進めた。ナノ粒子プローブをマイクロプラスチックビーズに固定する技術も開発した。今後は、環境に拡散したナノ粒子・マイクロ粒子を高感度の検出する技術を確立し、ナノ材料の環境リスクを評価する。
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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
暗視野顕微鏡を用いて粒子１個ずつ観察する技術を開発し、ナノ粒子１個あたりのマスシグナル強度を算出した。ナノ粒子の固定密度を十分に落とすことに成功し、レーザー光によって何個の粒子がイオン源になったかをあきらかにすることができた。これらの結果は金属ナノ粒子マスプローブには単一粒子計測が可能な検出感度があることを明らかにできたことは大きな成果である。
粒子の分散状態を維持したまま金ナノ粒子に銀やパラジウムのシェルを成長させ、パルスレーザー光によってコアシェル粒子を合金化する技術を確立した。ナノ粒子の調製技術や合金化のについて多くのノウハウを蓄積することができた。一連の実験の過程で、合金ナノ粒子を金ナノ粒子と同じ方法でBSAや抗体で修飾すると、凝集したり、抗体の機能性を発揮できない場合があることがわかった。合金表面に金のシェルを付与すると、各種表面修飾が金ナノ粒子と同様に可能であることをあきらかにできた。この技術を利用して実用的な合金ナノ粒子マスプローブの設計を進めることができた。
細菌をターゲットした抗体修飾金ナノ粒子マスプローブを作製し、細菌に対する選択性と検出感度の評価を行った。ナノ粒子はプローブとして機能したが、その機能性は不十分であった。細菌に対する抗体は選択性・感度ともに不十分であり、ナノ粒子表面に固定することによる協同的効果をもってしても十分な改善は得られなかった。
金ナノ粒子を魚に経口投与し、その体内動態をあきらかにすることを試みた。ゼブラフィッシュを用いて実験を行ってきたが、腎臓など小さな臓器を切片中で区別することは難しかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
銀やパラジウムを含むナノ粒子は生体毒性を示す場合があり、合金ナノ粒子の化学的安定性と生体親和性を電気化学的手法と細菌（枯草菌）を用いた実験で評価する。電子顕微鏡を用いた合金ナノ粒子やコアシェル粒子のキャラクタリゼーションも併せて進める必要がある。合金ナノ粒子に金のシェルを付与したナノ粒子は高い化学的安定性と生体親和性が期待される。抗体などの機能性タンパク質を付与した場合の機能性を評価し、さらにゼラチン切片に分散してそのイオン化特性を評価する。より良いイオン化効率を示す合金組成・形状・表面修飾状態を検索する。メンブレンや基板に対する非特異吸着が少ない粒子を作ることも大切な要素である。
金シェル金銀合金ナノ粒子を魚に経口投与する。合金は複数のイオンを放出するので金ナノ粒子よりも夾雑イオンとの識別が容易になると期待される。さらに、ゼブラフィッシュよりもより大型の魚を用いる。心臓・腎臓・肝臓などの臓器ごとのナノ粒子分布をあきらかにできることが期待される。
金銀および金パラジウム合金ナノ粒子を用いて遺伝子改変ゼブラフィッシュに発現したタンパク質の「多色」染色を行う。複数種類の抗体修飾合金ナノ粒子を用いて、同時に複数種の発現タンパク質を高感度に検出する技術を実証する。蛍光プローブによる染色と同様の手続きでより高感度の染色が行えるように、条件を最適化する。
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| Causes of Carryover |
年度末の電子顕微鏡と質量分析装置などの共用機器使用が想定外に少なく、装置使用料が少なくて済んだ。一連の研究の進展により粒子のバリエーションが増えているので、次年度は分析機器の使用時間が大きく増えると予測される。次年度使用額は電子顕微鏡と質量分析装置などの共用分析機器の使用料に充当する。
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Research Products
(9 results)
