2014 Fiscal Year Research-status Report
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25450384
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
小川 雄一 京都大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (20373285)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | バイオセンシング / 金属周期構造 / 細菌 / 量子カスケードレーザー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では入射する電磁波の波長と同程度の周期をもった金属構造体が，金属表面で生じる共鳴現象により微小な誘電特性の変化を高感度に検出できるセンサとして機能することを利用し，迅速かつ簡便な細菌検査技術への応用可能性を明らかにすることを目指す．初年度は，まず細菌を濾過により抽出して定量する「簡易総菌数計測」を想定し，メンブレンフィルター表面に捕集した細菌に対して，金属メッシュを組み合わせることで高感度に検出できることが確かめられた．
2年目となる平成26年度は「菌種判定計測」への応用に着手し，細菌の特異的な検出を可能にするために，金属構造体の表面に抗体を固定化するプロトコルを検証した．格子間隔26 μｍ，線幅8 μｍ，厚み6 μｍの金属構造体に対し，化学的処理により表面にマレイミド化合物．ビオチン，ストレプトアビジン，ビオチン標識化抗体の順に固定した．また表面処理プロセスの途中に酵素標識を導入することで，それまでの反応が適切に行われていることを確認した．また抗体固定した金属構造体を大腸菌（Escherichia coli）懸濁液に浸漬し，菌が特異的に付着していることが確認できた．さらに，菌濃度の異なる懸濁液に浸漬した金属構造体に対して透過測定を行ったところ，菌濃度に応じて系統的に透過特性が変化することが確認できた．またその測定により，10^6 cells/mLの懸濁液を有意に識別できることが明らかとなった．
平成26年度はこの他に，次年度に赤外領域の量子カスケードレーザー（QCL）による実験系を用いて細菌計測を行うのに先立ち，光源や光学部品を調達し，光学系の構築を開始した．
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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
本研究は3年間で「簡易総菌数計測」と「菌種判定計測」を行う計画となっている．現在，前者については，初年度に電磁界解析による裏付けや基礎物性データの収集，実際の細菌を用いた定量を行っており，後者については，化学処理プロトコルの検証が済んでおり，その選択性と定量性が確認できている．また次年度の実施内容に先立ってQCLを用いた光学系の構築を進めている状況であり，現段階の初年度の達成度としては予定通り，順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
菌種判定計測用として，QCLを用いた本実験を実施する．本手法では細菌の特異的な検出のために，選択性をもった反応層を金属周期構造体表面に設けることが必須であるため，まず初めに，前年度に確立したプロトコルを用いて抗体を固定化する．反応層を作成する．牛乳についても同様に調製したサンプル液で検出実験を行う．このとき，QCLを用いた実験系では，測定領域を絞る事で，高感度化が期待される事から，集光径の検討も合わせて評価を行う．さらに，生乳を対象とした実験にも試み，脂肪球などを含んだ状態での検出実験も行い，夾雑物が測定に与える影響について評価する．これは，本細菌検査法が搾乳時乳房炎診断の早期原因菌特定に利用できる可能性を検討するものであり，乳房炎に感染した乳牛の迅速な投薬判断に役立つ技術としての研究展開を期待できるものである．以上の研究についてとりまとめ，研究を総括する．
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