2022 Fiscal Year Annual Research Report
DNA機能化グラフェン素子による空中浮遊ウイルスの特異的センシング技術の開発
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21H01336
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
前橋 兼三 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40229323)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
生田 昂 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80805929)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ウイルス / グラフェン / 電子素子 / モニタリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、室内等の大気中に浮遊するウイルスを特異的にその場でセンシングすることを目的として、「グラフェンをチャネルとした電子素子を作製し、そのグラフェンチャネル表面上に設計した１本鎖DNAを化学修飾することにより、大気中に浮遊するウイルスを特異的に認識し、電気的にセンシングする」ことである。
2022年度では、インフルエンザウイルスのスパイクタンパク質であるヘマグルチニンの液相中での検出を、グラフェンデバイスを用いて行った。その結果、DNAの配列により、ヘモグルチニンの検出感度が向上することを明らかし、さらに、検出感度が向上したDNAの配列を用いて、溶液中のカリウムの濃度を変化させた場合に、DNAの構造がどのように変化し、さらにヘモグルチニンの検出感度にどのような影響を与えるのかを調べた。
一本鎖DNAをフォールディングする際、KClの濃度を変化させ、円二色性(CD)測定でDNAの立体構造を評価した。KClの濃度が高い場合にはG4構造が形成されるが、KClの濃度が低くなるにつれ、DNAのランダム構造が増加することが分かった。G4構造の割合異なる種々条件でフォールディングしたDNAをグラフェンチャネルに修飾し、溶液中でヘマグルチニンの検出を行った。その結果、G4構造の割合が多いほど、より低濃度のヘマグルチニン検出ができることが明らかになった。これは、DNAのG4構造とヘモグルチニンの結合力がより強いためであると考えられる。しかしながら、G4構造を形成したDNAを用いた場合にも、KClの無い溶液環境下ではG4構造が崩れ、ヘマグルチニンの高感度検出が困難であることが分かった。
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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
DNAの配列、および、溶液中のKClの濃度を変化させ、グラフェン電界効果トランジスタのチャネルにDNAを修飾することによって、溶液中でのヘモグルチニンの検出を行ってきた。そのため、おおむね順調であると思われる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、グラフェンチャネル上に３次元構造を有するDNAを修飾する際、修飾方法、または、修飾条件を変化させることによって、グラフェンチャネル上のDNAの密度を変化させる。次に、DNAの密度がヘモグルチニンの検出感度にどのように影響を与えるのかを調べる。さらに、カチオンの濃度、DNAの密度を最適化することにより、ヘモグルチニンの高感度検出を目指す。
上記の条件で得られたDNA構造を有するグラフェンデバイスを用いて、大気中でのヘマグルチニンの検出を試みる。まず、DNAを修飾したグラフェンデバイスに、大気中でヘモグルチニンを含んだ溶液を垂らし、大気中でヘモグルチニンを検出可能か調べる。さらに、インフルエンザウイルスを使用して同様の実験を行い、インフルエンザウイルスの大気中での検出を目指す。
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