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

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21H01336
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 前橋 兼三 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40229323)
• 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)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ウイルス / グラフェン / 電子素子 / モニタリング

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。
前年度までは、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。一本鎖DNAをフォールディングする際、KClの濃度が高い場合にはG4構造が形成され、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構造とヘマ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。
本年度は、罹患者から出た咳、くしゃみ等から、ウイルスを検出することを目指して、DNAアプタマー機能化グラフェンデバイスを大気曝露した状態で使用し、ヘマグルチニンに対する応答を評価した。まず、そのヘマグルチニン溶液をマイクロピペットでグラフェンデバイスを覆うように滴下し、その伝達特性を測定した。その結果、ヘマグルチニン10 nMの滴下でも伝達特性の負方向シフトが観測され、ヘマグルチニンが検出できることが示された。つぎに、試薬スプレーでヘマグルチニン溶液をグラフェンデバイスに噴霧し、その伝達特性を評価した。その結果、KCl水溶液の微細な水滴中のHAに対しても応答が得られることが示された。さらに、ヘマグルチニンの付着量と伝達特性のシフト量が比例する可能性が示唆され、また、ヘマグルチニンを噴霧してから10分後には応答が見られることが分かった。以上により、DNAアプタマー機能化グラフェンデバイスを用いることにより、罹患者から出た咳、くしゃみ等から、簡便にウイルスを検出可能であることが明らかになった。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。