2014 Fiscal Year Research-status Report
高分子ゲルの膨潤をシグナル増幅の原理とする糖センシングナノ粒子の開発
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25410141
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
遠田 浩司 富山大学, 大学院理工学研究部(工学), 教授 (60212065)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | オプティカルセンサー / 血糖値 / グルコースレセプター / フェニルボロン酸 / 競争的錯形成反応 / 高分子架橋点 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高分子ゲルの膨潤をシグナル増幅の原理とする糖センシングナノ粒子の開発を目的とし，平成26年度はボロン酸型レセプター/機能性色素複合体を架橋点とする種々の単官能モノマーに基づくランダム構造及びセミ相互侵入構造のフィルムを構築し，フルクトースに対する吸収スペクトル応答及び膨潤応答について評価を行った。また，ビスベンゾボロキソール型レセプターと近赤外吸収色素への重合性官能基の導入も行なった。
1.ランダム構造を有するセンシングフィルムの構築：単官能モノマーとして，アクリルアミド(AA)，N-イソプロピルアクリルアミド(NIPAM)，2-ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)，メタクリル酸(MA)を用い，これに重合性官能基を導入したレセプターと機能性色素を加え共重合させることによりフィルムを得た。
2.セミ相互侵入構造を有するセンシングフィルムの構築：重合官能基を導入したレセプターの単官能モノマー溶液を共重合させることによりフィルムを調製した。このフィルムに重合性官能基を有する色素を含む単官能モノマーを含浸させ，共重合させることによってセミ相互侵入構造のフィルムを得た。
3.センシングフィルムのフルクトースに対する応答評価：単官能モノマーとして電荷を帯びたMAを用いた場合，共重合してもフィルム状にならなかった。また，親水性の高いAAを単官能モノマーとして用いた場合は，フルクトースに対して吸収スペクトル応答及び膨潤応答を示したもののフィルムの溶解が見られた。一方，適度な疎水性を持つNIPAM及びHEMAに基づくフィルムは，フルクトースに対して可逆的な吸収スペクトル応答を示した。特にNIPAMに基づくセミ相互侵入構造のフィルムは，フィルム表面にレセプターと色素を固定化したフィルムに比べて15倍以上大きなフルクトース応答を示し，高分子ゲルの膨潤によりフルクトース応答の増幅が検証された。
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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
平成26年度研究計画として，高分子ゲルの膨潤をシグナル増幅の原理とするセンサーの開発として，1）近赤外吸収色素への重合性官能基の導入と2）フルクトースではなくグルコースに選択性を示すセンシングフィルムの開発を挙げている。
1）に関しては，BODIPY骨格にレセプターとの相互作用部位であるカテコールと重合性官能基であるメタクリル酸を導入した近赤外吸収機能性色素の合成ルートを確立し，現在グラムオーダースケールの合成を行なっている。
2）に関しては，フェニルボロン酸に比べグルコースに対する結合定数が600倍以上高いビスベンゾボロキソールレセプターに重合性官能基を導入することに成功しており，現在大量合成中である。
平成26年度の研究で，最大の糖に対する応答をもたらす単官能モノマーの種類，組成，セミ相互侵入構造のフィルム構築法について多くの知見が得られており，現在近赤外吸収機能性色素とビスベンゾボロキソールレセプターを組み込んだフィルムを構築中であり，本研究はおおむね当初の計画通り順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
1）レセプター/色素複合体を架橋点とするグルコースセンシング高分子ゲルフィルムの合成と評価：平成25，26年度の研究で得られた高分子ゲルフィルムの最適な構築法を踏まえ，ビスベンゾボロキソールレセプター/近赤外吸収BODIPY色素複合体を架橋点とする高分子ゲルフィルムを調製し，グルコースに対する吸収スペクトル応答の大きさ，応答速度，可逆性について詳細に評価する。もし，ゲル膨潤に伴うシグナル増幅能が十分でない場合は，架橋点のレセプター/色素錯体の結合が強すぎるためと考えられるので， ビスベンゾボロキソールレセプターに対し，より親和力の低いサリチル酸やサリチルアルコール部位を有する色素を用いたフィルムを調製し，グルコース応答を評価する。
2）グルコースセンシング高分子ゲルナノ粒子の開発：分子刺激性ゲルの膨潤収縮速度は，溶媒分子の移動が律速となるため一般にきわめて遅く，血糖値のモニタリングにその機序を利用するのは困難である。しかし，ゲルの膨潤収縮速度はゲルのサイズに依存し，サブマイクロメーターの直径のゲル粒子では膨潤収縮時間は数分程度に短縮される。そこで，グルコースレセプター/色素錯体と単感応モノマーにSDS等の界面活性剤を加え，乳化重合を行なうことによりグルコースセンシング高分子ゲルナノ粒子の構築を行なう。また，乳化重合に使用する界面活性剤によって応答が阻害される場合は，分散重合法を検討する。得られたナノビーズはアガロースゲルで固定化し，光ファイバー分光器を用いてグルコースに対する応答の大きさ，応答速度再現性について詳細に評価し，研究を取りまとめる。
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