2021 Fiscal Year Research-status Report
新型コロナウイルスの高感度検出に向けたフォトニックバイオチップの開発
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21K04185
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| Research Institution | Kanto Gakuin University |
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Principal Investigator |
石坂 雄平 関東学院大学, 理工学部, 准教授 (60758598)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荒川 太郎 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (40293170)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | シリコン微小リング共振器 / バイオセンサ / SARS-CoV-2 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属アシスト型スロット導波路に基づく微小リング共振器構造と新規抗体を融合した超高感度の新型コロナウイルス・フォトニックバイオセンサチップを開発する．フォトニックチップを用いたバイオセンサは高感度，高速，低コストという特長を有するが，新型コロナウイルス検出への有効性は未解明である．そこで，本研究では，研究代表者らが世界に先駆けて提案してきた金属アシスト型スロット導波路，微小リング共振器構造および新型コロナウイルスを高感度で特異的に検出可能な新規モノクローナル抗体を融合した新しいバイオセンサを提案・開発し，その有用性を実証することを目的とする．本年度の研究では，新型コロナウイルス検知に向けたシリコン微小リング共振器を作製し，抗体固定化に関する検討を行うとともに，新型コロナウイルスのヌクレオカプチドプロテインの検出を行った．
まずはじめにIgG抗体を効率よく固定化することを目的として1 mg/mLのSi-tag-Protein Aをリング共振器上に滴下し，共振波長のシフト量を測定した．次に，0.1 mg/mLのIgG抗体を濃度10%に希釈した後，デバイス上に滴下し，共振波長のシフト量を測定した．試薬を載せていないときの共振波長を基準とした場合，Protein Aを滴下したときの波長シフト量は2.21 nmであることを明らかにした．また，ベクトル有限要素法を用いてセンサ感度と解析対象物層の関係を明らかにするとともに，測定実験では500fg/mLのヌクレオカプチドプロテインを検出可能であることを示した．
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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
当初の予定通り高精度数値解析手法であるベクトル有限要素法を用いて標準的なシリコン微小リング共振器で構成されたフォトニックバイオチップの設計を行うとともに，東京大学ナノテクノロジープラットフォームにてチップを作製することに成功した．次に，出来上がったチップに対して，どの程度抗体をチップ表面に固定できるかについて検証を行い，フェムトグラムオーダーでヌクレオカプチドプロテインの検出が可能であることを明らかにした．以上より，研究は予定通り進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究では，極限性能を引き出す素子構成を提案・開発し，リアルタイムRT-PCRや電界効果トランジスタ型バイオセンサの性能を超える数フェムトグラムオーダーの検出感度，数分レベルの検出速度を目指す．まず，シリコン微小リング共振器の基本構成要素である導波路形状に対して，どういった形状がSARS-CoV-2検出素子として優れた性能を発揮するのかを特定するとともに，設計指針を提示する．具体的な導波路形状として，高感度化が見込めるシリコンスロット構造や，申請者らが提案してきた光と解析対象物の相互作用を極限まで高められる金属アシスト型スロット構造について検討を行う．また，チップ上に流路を形成し，抗原抗体反応の検知性能を明らかにする．
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| Causes of Carryover |
シリコンチップ作製技術の専門知識に対する謝礼金の支払いが変動的であるため次年度使用額が生じた．こちらは引き続き謝礼金として使用する予定である．
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Research Products
(1 results)
