2020 Fiscal Year Annual Research Report
Ultra-sensitive and rapid cancer testing technique based on fiber-type amplification
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20H04514
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
山口 昌樹 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (50272638)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小泉 知展 信州大学, 学術研究院医学系, 教授 (20273097)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | バイオセンサ / がん / 超短パルスレーザー / 信号増幅 / サイトカイン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，超短パルスレーザーでガラスファイバー束表面に機能的テクスチャを付与するナノ／マイクロ加工技術を用い，検出部を3次元空間化して反応面積を増大しつつ親水化することで，1 pg/mL の超高感度化と，数分以内の迅速分析を達成する革新的な増幅法の原理・製造方法を構築する。本年度は，ファイバー表面への微細構造の形成法と機能的テクスチャの研究に取り組んだ。
1. 微細構造の形成法 表面波干渉法では，加工痕がトリガーとなって次の微細周期構造が連続的に生じる。そこで，保有する超短パルスレーザー加工装置 (190 fs ～ 20 ps) と親水性のガラスを母材に用い，フルエンスやパルス幅などをパラメータとし，表面積増加率10倍を達成する微細構造の形成条件を見出した。購入したレーザーパターニング加工装置でレーザービームを回転させる加工法を構築し，様々な3次元パターンを作り出することで目標達成に結び付けた。
2. 親水機能テクスチャの至適条件 ナノ／マイクロメートルの2周期構造が複合したバラ花弁効果は，超親水性を発現する。これは表面積増大にも適しており両機能が競合しない。つまり，バラ花弁効果をモチーフとした微細構造の作成をターゲットとし，その親水性を検証した。保有する全自動接触角計で静的接触角を評価し，超親水性を発現するパターンの形成条件を同定した。並行して，小泉 (医学部：研究分担者) は，がんマーカーの生物学的半減期に関する調査研究や実験的検証に協力し深掘りした。
以上により，センサ表面への微細構造の形成法と機能的テクスチャの研究を進めることで，増幅法開発のめどをつけることができた。
また，本年度の成果は，レーザー分野を中心に国内外の雑誌論文4編，学会発表5件等で報告した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
新型コロナ禍という未然に回避することができないやむを得ない状況により，超短パルスレーザー加工に必要となる特注の中空モータ (及び制御ユニット) の納品が約6ヵ月遅れ，年度内に入手できなくなったため，本装置関連のデータ収集に後れを生じたこと。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，予定通りバイオセンサの開発を中心に据えて進める。ファイバー型増幅法で用いるガラスファイバーへの加工は，母材の融点が高いことなどもあってレーザーのフルエンスを大きくするとファイバーが破断するなどの不具合の発生確率が予想以上に大きいことが判明し，期待した表面積増大効果に達しない可能性が予見された。そこで，透明なバルク材質に穴加工を施す方向である空間増幅法へ発想を転換することにした。
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