2023 Fiscal Year Annual Research Report
医療現場での感染症や遺伝子迅速診断のためのフォトニックDNAバイオセンサーの開発
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21K05280
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
高田 忠雄 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (60511699)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | DNA / バイオセンサー / プラズモニクス / 光電流 / 近接場光 / 等温連鎖反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
感染症診断、がん診断、遺伝子解析などの医学領域においては、体液由来の核酸（DNA、RNA）を高感度で検出する技術が重要である。この要求に応えるため、当研究グループはDNAの分子認識能力と電子移動特性に着目し、光電気化学センサーの開発に取り組んできた。この研究は、DNAの分子認識と金ナノ粒子（AuNP）表面の近接場を利用した光応答システムを基盤としており、高感度かつ迅速な検出技術の確立を目指すものである。
これまでの研究において、DNAの二本鎖を利用して電極に金ナノ粒子を配置し、近接場光を利用して光増感分子を励起すると、光電流が発生する現象を確認した。金ナノ粒子を重ねることで近接場光が増強され、結果として電流が増加することも観察された。さらに、電極表面でのDNAハイブリダイゼーション連鎖反応（HCR）を応用した電流増幅や、ターゲット核酸によるHCR後に光増感分子を結合させると光電流が増加することが示された。これに加え、酵素TdTを用いた一本鎖DNAの伸長反応を利用したシグナル増幅系を構築し、固定されたDNAに色素を結合させることで光電流シグナルの増強が可能であることを示した。また、カリウムイオンやATPなどの小分子、トロンビンタンパク質に結合するアプタマーを用いた光電流センサーの開発も進めた。これにより、特定のタンパク質や小分子の高感度検出が可能となる見込みである。
これらの成果から、新開発のフォトニックDNAセンサーが核酸検出バイオセンサーとして高い潜在性を持つことが明らかとなった。今後、この技術は体液からの核酸を高感度に検出する新しいツールとしての応用が期待される。特に、迅速かつ正確な病原体検出により、病気の早期診断や治療の改善に貢献することが期待される。このセンサー技術のさらなる改良と実用化に向けた研究を継続していくことが求められる。
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