2022 Fiscal Year Research-status Report
磁性ナノ粒子と生体物質の融合による磁気相変化を利用した高感度バイオ検出
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21K04090
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
薮上 信 東北大学, 医工学研究科, 教授 (00302232)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
寺村 裕治 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 上級主任研究員 (10365421)
小林 伸聖 公益財団法人電磁材料研究所, その他部局等, 研究員 (70205475)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 磁性ナノ粒子 / 凝集体 / 磁化率 / 抗原抗体反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
液相中磁性ナノ粒子/生体物質凝集体の検出や制御を目指し磁性ナノ粒子凝集体の異方性と磁化率および共鳴損失の増大、ダンピング定数（強磁性共鳴半値幅）等を制御できた。以下に示す実験結果等により、液相の磁性ナノ粒子を疑似的に固体物理学的な異方性制御が可能であることを示した。
(1)磁性ナノ粒子あるいは磁性ナノ粒子／生体物質の凝集体を磁界により凝集させて、微小円筒形状チップを用いて形状異方性および直流磁界印加により長手方向へ見かけ上の磁気異方性を付与し、それに直角方向へ2軸目の直流磁界を印加することにより、磁化回転を用いることで凝集体の磁化率および強磁性共鳴がシフトさせることに成功した。
(2)液相中磁性ナノ粒子の異方性制御により、外部磁界によりリモートで磁化率および損失を増大させ、ダンピング定数を小さくできた。磁化率は約1.4倍増加した。
(3)磁性ナノ粒子とタンパク質、微生物を反応させて（ビオチンアビジン反応、抗原抗体反応）、凝集体を形成し、抗原量、濃度に対して、磁性ナノ粒子の共鳴周波数、磁化率が変化することを示した。生化学反応を固体物理学的アプローチにより制御・変換・評価でき、新しい抗原検出法となりうることを示した。
(4)磁化率等をさらに1桁以上大きくするためには、液相中での異方性分散要因（磁性ナノ粒子寸法、液相中粒子間距離の均質性、印加磁界の均一性等）を1～3％程度に低減することが必要である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
凝集させることにより固体物理学的な異方性制御、損失の制御が可能であるということは当初の計画を超えて、磁性ナノ粒子の物性研究等への新たな学問分野の創成と、ハイパーサーミア、免疫反応、磁気粒子イメージング等への波及効果が大きい。
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| Strategy for Future Research Activity |
磁性ナノ粒子凝集体における新たな学理の創成と磁性ナノ粒子を用いた応用における磁化率、損失の大幅な増大や性能向上が見込まれることから、より大きな科研費等の競争的資金および産学連携を推進したい。
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| Causes of Carryover |
磁性ナノ粒子とタンパク質（抗体）の直接吸着に使用していた試薬の一部が納品が遅れたため、次年度購入することにした。
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[Journal Article] Rapid virus detection using magnetic second harmonics of superparamagnetic iron oxide nanoparticles2023
Author(s)
Ryuichi Hirota, Toru Murayama, Ryota Katsumi, Tokuhisa Kawawaki, Shin Yabukami, Ryuji Igarashi, Yuichi Negishi, Moriaki Kusakabe, Masaki Sekino, Takashi Yatsui, Akihiro Kuwahata
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Journal Title
AIP Advances
Volume: 13
Pages: 025144
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Simplified Fabrication of Magnetic Nanoparticles With Directly Adsorbed Antibodies for Bacteria Detection2022
Author(s)
Yoneyama, T., Kuwahata, A., Murayama, T., Tonthat, L., Yabukami, S., Sato, Y., Teramura, Y., Ikeda-Ohtsubo, W. and Ogawa, T.
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Journal Title
IEEE Transactions on Magnetics
Volume: 58
Pages: 5300406
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Rapid Virus Detection using Magnetic Second Harmonics of Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles2022
Author(s)
R. Hirota, Toru Murayama, Ryota Katsumi, Tokuhisa Kawawaki, Shin Yabukami, Ryuji Igarashi, Yuichi Negishi, Moriaki Kusakabe, Masaki Sekino, Takashi Yatsui, Akihiro Kuwahata
Organizer
67th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
Int'l Joint Research
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