2012 Fiscal Year Annual Research Report
細胞膜上でのナノ界面バイオプラズマの発生とマルチ計測システムの開発
Publicly Offered Research
| Project Area | Creation of Science of Plasma Nano-Interface Interactions |
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| Project/Area Number |
24110714
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
中野 道彦 九州大学, システム情報科学研究科(研究院, 助教 (00447856)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | ナノ界面プラズマ / 細胞応用 / バイオプラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、細胞（細菌）表面でナノ界面プラズマを発生させて、その細胞への作用を明らかにすることが目的である。まず、そのナノ界面プラズマを発生させる方法およびその検出法を確立することを本年度の目標とした。ナノ界面プラズマの発生には、ナノメートルオーダーの先端を持つカーボンナノチューブを利用し、検出法としては、「高感度カメラによる直接観察」、「プラズマ発光検出」、「細胞膜破壊に伴うインピーダンス変化」を同時に測定（マルチ計測システム）できるようにする。
本年度の実績は次の通り。
検出系として、倒立顕微鏡に、高感度CCDカメラ（ICCD）と光電子像倍管を設置し、顕微鏡ステージの放電プラズマ発生部の発光の二次元像と発光強度（および時間変化）を同時に観察出来るシステムを構築した。
ナノ界面プラズマを発生させるための電極として、カーボンナノチューブを使用した。ガラス基板上に作製した電極間距離5μmの微細電極間にカーボンナノチューブ（多層および単層）を誘電泳動集積し、パルス状電圧を印加することで、そのカーボンナノチューブから放電に伴う発光が生じることを確認した。また、酵母菌を微細電極間に捕集して、電圧を印加した。そうすると、酵母があることでこれまでとは異なる発光形態が見られた。これは、酵母があることで放電の持続時間が長くなったことが原因である。また、この持続時間の変化は、酵母の破壊現象を示していると考えられる。さらに、酵母／カーボンナノチューブの複合体で同様の実験を試みたところ、放電持続時間の変化は見られず、カーボンナノチューブによって放電が形成されていることを示唆する結果を得た。
以上、本年度は生体上でのナノ界面プラズマの観察システムを、インピーダンス計測を残し、ほぼ確立した。また、カーボンナノチューブを用いて発光を伴う放電の発生を確認し、酵母菌を用いて実験できることを確かめた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度は、次のことを達成目標としていた。
①カーボンナノチューブへの抗体修飾と細菌表面への固定、②ナノ界面バイオプラズマ観察システムの構築、③バイオプラズマ発光による細菌検出法の最適化。
①では、カルボキシル基を導入したカーボンナノチューブに対して活性エステル法を用いて抗体を修飾する方法を試みた。本手法による抗体修飾が可能であることを確かめたものの、一方で抗体修飾をしないカーボンナノチューブであっても対象とした酵母菌によく付着することも確認した。本研究では、細菌等の特異検出は目的ではないので、この非特異的な吸着で実験には十分であると判断した。
②では、倒立顕微鏡に高感度CCDカメラ（ICCEカメラ）と光電子像倍管を設置して、放電プラズマの発生場として微細電極を形成したガラス基板を使用することとした。これを用いて、カーボンナノチューブをナノ放電発生用電極してパルス上電圧を印加したところ、その発光のイメージ像および発光強度を同時に測定可能であることを確かめた。一方で、三つ目の要素として組み入れる予定であったインピーダンス計測に関しては、未だそれに至っていない。
③は、副題的な課題でもあることから、本年度は進展がほとんどなかった。しかし、②で作製したシステムの応用で目的が達せられると考えている。
以上の状況から、本年度の達成度を「やや遅れている」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度に酵母菌を使用して放電を発生させたときに見られた、放電形態の違いがどこに起因するものであるかを詳細に検討する。これは、酵母菌内の導電性物質によるものであると考えられるが、その影響について細胞の状態を変化させて考察したい。そして、カーボンナノチューブ電極があることで、それがどのように変わるかを明らかにする。
また、パルス状放電では、細菌を破壊してしまうことがあったので、放電形態をコロナ様放電と変更して、放電が細菌表面のみに作用するようにする。
観察系については、これまで行ってきた細菌のインピーダンス計測法を応用して、インピーダンス変化も同時に測定できるようにする。
上記と並行して、発光分析による細菌検出システムの構築について検討したい。
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