2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of 3-dimensional-structure sensors with molecular-level resolution and their application to solid/liquid interface analysis on biocells.
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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, ナノ・ライフ創新研究機構, 客員上級研究員(研究院客員教授) (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 / ナノ・マイクロ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の確立を目的としている。表面増強ラマン散乱分光法（SERS）に着目し、独自に開発した金属ナノ粒子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により深さ方向空間分解能0.1nm、面分解能数nmオーダーを実現し、細胞表面の分子レベルの解析に資する手法の確立を目指している。
本年度は最終年度であり、これまでの成果を基にプラズモンセンサを用いて細胞膜に近い脂質2層膜の解析を進め、1nmステップ以下の深さ分解能でのラマンスペクトルのプロファイル測定に成功した。感度も通常のラマン分光法の20倍以上が得られ、その結果、膜両端のコレステロールとその間の炭化水素鎖の分布を精密に解析できることを確認した。またCHO-k1細胞膜表面のSERSスペクトルの酵素による変化の観察にも成功し、通常のラマンでは観察できない表面の化学構造変化の明瞭な観察を達成した。また、SERSを計測するプラズモンセンサについても、プラズモン粒子形成条件の最適化により、生体試料において通常のラマン分光法に比べ数十倍の感度と1,000分の1以下の高分解能で数十nmの細胞膜の精密な化学構造測定が可能になった。このように本研究により得られた測定系は当初の目的に対し十分な性能が得られたといえる。特にタンパク質分解酵素による細胞膜表面の分子構造変化を分子レベルで測定できたことは、本研究の成果の有用性を実証したものとして特筆すべき成果である。以上のように3年間の研究でSERSによる細胞表面の高精度観察を実証したが、今後は本研究の成果を基に生細胞表面の動的観察や様々な環境に対する応答などを始め、幅広い応用に向けた研究を進めて行きたいと考えている。
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