2014 Fiscal Year Research-status Report
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25600049
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
山口 佳則 早稲田大学, ナノ理工学研究機構, 招聘研究員 (20386634)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | DNAシーケンサ / 表面増強ラマン散乱 / マイクロチップ / 普及型DNAシーケンサ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では普及型の使い捨てDNA/RNAシーケンサチップを実現するために本年度は伸張させたDNAを分析可能とするポリマーおよびナノ構造の作成、さらには、RNAの伸張のための分子篩の効果をもたらす新規の高分子ポリマーと緩衝液の研究開発を進めた。DNA/RNAは直径が2nmの高分子で、さらに、0.3nm間隔で４つの塩基が並んでいる構造である。検出には、特定の塩基だけを局部的に強度の増強されたプラズモンを用いて励起することによって、散乱分光法の一つであるラマン散乱を検出する。そのシグナルが塩基一分子であることを保障するために、（１）４つの塩基からのラマンシグナルが異なること、（2）ラマン散乱を得るために使用する光プラズモンの励起領域が数nmの範囲であることを用いる。加えて、DNA/RNAの単一分子での測定を行うためには、ナノ構造の表面を工夫することによって、表面増強効果（プラズモン効果）を効率的に生成することが不可欠となる。平成26年度は前年度におけるラマンイメージングのシステムの構築とDNA/RNAシーケンサチップの基本原理であるナノ構造を持つプラズモン基板の作成をうけて、その表面における検証実験行った。検証実験を行った結果として、電気泳動システム、特に内径が数μの制限された空間で、DNAの分析を行い、具体的には大まかなDNA分析と伸張を行い、さらに検出系として、ナノ構造の表面におけるDNAの分析を行うことが必要であることが分かった。そのために、顕微鏡を母体としてレーザーシステム、電気泳動システム、画像分析システムの実験装置の改造を進めた。さらに、前年度からの継続としてイメージング分析によって得られた画像分析のアルゴリズムの開発を進め、動画における画像フレーム間の微分と照度情報による定量分析の方法を開発している。
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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
最初に想定していたDNA/RNAを電気泳動中に伸張させるための光学系のシステムは予定通りすすんでいる。画像分析アルゴリズムのプログラミングについても計画通り進行中ではあるが、使用する開発言語とそのシステム処理のためのハードウェアが高価なために、マイコン処理のＰＩＣ言語にまでプログラミングを行う必要性があり、相当な時間を必要とした。したがって、平成26年度に想定していいた部分までは完了したものの、一方で、プログラミングに時間がかかりすぎることやDNAの検出には検出前でのDNAの伸張が、さらには、空間的に数μに制限された空間を使用した空間でのDNAの伸張を促す工夫が必要であるなどの問題点も明らかになった。光源について、高輝度水銀ランプを使用することによって、出力については十分であった。ラマン散乱検出用の検出器（カメラ）について、単一分子を検出するには、現在使用中のカメラよりも検出感度が高いフレームレートの早いカメラが必要である。改善策として、他大学もしくは他学科の検出器の使用を検討中である。ナノ構造を持つ、ナノ剣山の作成については、ガラス表面のウェットエッチングによる方法について着実に手法が形成されつつある。加えて、自励振動型の動力源を用いたDNA送液システムを新規に派生させ、装置全体の小型化に向けての研究開発を進めた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度も当初の計画通りにすすめる。光学システムの構築に関しては計画の前倒しにより当初計画していた内容が少しすすんでいるが、必要とする光学部品とカメラが高価なために、他学科もしくは他大学の研究室と共同して研究推進を行う予定である。独自開発のSERS剣山を用いて、基礎研究を進めます。まずは10塩基程度の大きさのDNAもしくはマイクロRNAをターゲットとして分析を行い、塩基の定性、定量を実験検討する。
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