2015 Fiscal Year Research-status Report
分子分解能を有する３次元構造センサの開発と細胞固液界面構造解析への応用
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26600065
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
本間 敬之 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80238823)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柳沢 雅広 早稲田大学, 付置研究所, 教授 (20421224)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 表面・界面 / プラズモニクス / 表面増強ラマン散乱 / 細胞表面 / マイクロ・ナノファブリケーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はサブnmオーダーの三次元空間分解能で固液界面、特に細胞など生体表面をラベルフリーで観察・解析できる新規なセンシング手法を確立し、細胞機能の分子レベルからの詳細な解析への応用展開を図ることを目的としている。観察手法として表面増強ラマン散乱分光法を用い、プラズモン電場増強効果をもつ金属ナノ粒子（Au，Ag等）を配したナノ構造体（プラズモンセンサ）を試料表面に接触させ、その近傍の局所電界勾配の急峻化の利用を意図している。本手法により深さ方向の空間分解能0.1nm、面分解能数nmオーダーの達成が見込まれ、細胞表面の機能部位の分子レベルの構造や代謝メカニズムの解明への寄与が期待される。
本年度は昨年度に得た知見を基に、まず解析のための分解能を安定して向上させる手法の検討を行った。モデル系としてAPTESなど自己組織化有機単分子膜を用い、計測系を最適化することにより、単分子内レベルでの化学構造の解析を実現できる手法を確立した。また、シリカ製微小チューブ配列構造を用いた多点接触型プラズモンセンサ形成プロセスの高度化を図り、高い分解能で計測可能であることを確認した。一方、この型のセンサの課題として、スループット面、および平滑性の高くない試料表面に対する接触性といった面が挙げられるが、それらの解決を検討し、シリコーン樹脂をテンプレートに流し込み固化する手法を適用した。その結果、柔軟性高く試料表面に接触でき、かつ容易に形成できるセンサが得られた。さらに、細胞等の動的状態の解析を行うという観点から、局所のpHを計測可能な手法の開発を行った。p-MBA等のプローブ分子を配し、そのpHによる構造変化のラマン計測から、固液界面における局所的なpH変化を測定可能とする手法を見出した。さらにストークス線/アンチストークス線の比から局所温度を計測する手法も確立した。
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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
本年度は、前年度に得られた成果に立脚し、本研究推進のための要素技術の高度化を念頭に研究を進めた。その結果、細胞表面のモデルである単分子膜の膜厚方向という極めて微小な領域に対して十分な分解能を持った解析を可能とする手法を確立できた。さらにそのためのツールとなるプラズモンセンサについても、シリカチューブ配列型のものに加えてシリコーン樹脂型のものの形成技術も確立し、多様な試料に対応できる体制を整えることができた。またこれらをさらに高度化するための形成プロセスの足掛かりを得ることもできた。加えて、細胞表面の動的な解析を行う上で非常に重要な因子となる局所のpHについても、適切なプローブ分子を理論解析から予測すると共に実試料を形成して測定を試み、in situで計測可能とする技術を確立することができた。この点は従来から大きな課題となっていたものであり、固液界面における局所pHのin situ計測を実現したことは大きなブレークスルーである。さらに局所の温度を計測できるようにした点も今後の研究の展開に極めて大きな意義があるものと言える。以上のような今年度得られた種々の成果より、研究は概ね順調に進んでいると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度までの検討で得られた成果を基に、まず要素技術のさらなる高度化を図る。具体的には、プラズモンセンサ形成手法およびその高分解能化、また局所pH計測および局所温度計測など、固液界面ナノ領域の高精度・高分解能解析手法等である。これらの検討には、計算化学的アプローチを用いた分子構造の理論的予測や最適化手法を併用し、より定量的な検討が行えるようにする。同時に得られるラマンスペクトルの理論解析も進め、実計測により得られるデータの解析のさらなる高度化を図る。そしてこれらの手法を用いて細胞あるいはイオンチャネルなど種々の試料を対象に検討を進め、高精度・高分解能解析のためのツールとしての本手法の確立を図る。
なお実細胞試料の安定した計測を行うには、インキュベータをはじめとした周辺機器類が計測装置のそばに必要となる。本研究の配分額ではこれらの整備を行うことは出来ないが、既存機器の有効活用など様々な方向で検討し、この課題を克服できるようにしたい。
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| Causes of Carryover |
年度末の消耗品類の発注状況により1万数千円の残額が生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度消耗品代に充当する予定である．
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Research Products
(8 results)
