2023 Fiscal Year Annual Research Report
磁性ナノ粒子－生体分子間相互作用による磁気緩和の変調と高感度バイオセンシング
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21H01760
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
北本 仁孝 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (10272676)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 磁気バイオセンシング / 磁性ナノ粒子 / 磁気緩和 / 分子間相互作用 / 緩和時間分布解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
核酸、タンパク質、糖鎖等の生体高分子を標的として相互作用できるように表面機能化を行った酸化鉄ナノ粒子と各種生体高分子との相互作用を、交流磁場下での磁気緩和により評価する研究を遂行した。その中で、磁性ナノ粒子の表面機能化を行った磁性粒子ラベルの作製、交流磁化計測装置開発、データ科学的手法を用いた交流磁化の周波数スペクトル解析を行った。
前年度より行っているDNA検出のための溶液条件の探索実験から塩濃度が重要であることがわかっていたが、他の生体分子についても特に塩濃度の観点からその必要性を検討した。生体分子と磁性粒子との相互作用については交流磁化の周波数スペクトルの変化から評価を行った。
エクソソームの膜タンパク質と抗体との相互作用については従来より高い塩濃度の溶液でも安定に分散を維持することのできる磁性粒子ラベルの活用により、抗体修飾磁性粒子と膜タンパク質CD9を介したエクソソームとの相互作用を確認することができた。さらに糖鎖との相互作用においては塩濃度という視点に加えてイオン種についても検討が必要であり、カルシウムイオンの存在の有無により相互作用の強さが変化する様子が定性的にではあるが観測することができた。
交流磁化計測装置開発においては、前年度において4Hzまで計測できるようになっていたが、さらに低周波数側は1Hz、高周波数側は40kHzまでの測定が可能になり、30 nm程度の流体力学的径の磁性粒子のナイキストプロットの領域を拡大することができた。
交流磁化の周波数スペクトル解析においては、他の分野でも行われている緩和時間分布解析の手法を取り入れ、機械学習における学習データを従来のデバイ緩和モデルによる式ではなく、実験データに基づいたデータとすることにより、従来は無視されてきた粒子間の磁気的相互作用も考慮した解析ができ、より低濃度のタンパク質濃度測定ができることを示した。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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