A nano-biosesnor using entropic effect of high-density DNA layer

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K05122
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 34020:Analytical chemistry-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Fujita Masahiro 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 専任研究員 (50342845)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: DNA / バイオセンサー / ナノ粒子 / 小角X線散乱

Outline of Final Research Achievements

Colloidal stability of nanoparticles immobilized densely with DNA depends strongly on DNA structure. The structural change at the molecular level results in the color change of the colloidal system. This interfacial phenomenon is considered to be attributed to steric effect of DNA chain such as flexibility and motion. Based on the assumption, G-quadruplex DNA (G4-DNA) immobilized nanoparticles can be used as a nano-biosensor because a complex formation with a ligand might make a change in conformation of G4. It was proved that the conformational change of G4 is caused by binding to the ligand, resulting in a reduction in steric repulsion between the nanoparticles. That is to say, the color change in the colloidal system appeared.

Free Research Field

高分子物理化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

DNA担持ナノ粒子が示す界面現象のメカニズムについては完全には理解されてはいない。この界面現象は引力相互作用というよりはむしろDNAの柔軟性の差異、つまりエントロピー斥力によるものという仮説に基づくと、DNA構造の変化をもたらすあらゆるイベントがセンシング原理となりうる。本研究課題は、その実証実験として遂行された。リガンドとの結合に応答しして大きな構造変化が生まれることを構造科学的手法などにより明らかにし、その結果G4担持ナノ粒子の分散安定性の低下を確認した。DNA密生相の界面現象メカニズムの理解をさらに深めることができたと共に、新しいナノセンシング材料の開発に繋がるものといえる。