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単一細胞解析に向けた方向性結合器型バイオフォトニックセンサの開発

Research Project

Project/Area Number 16J03567
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Analytical chemistry
Research InstitutionThe University of Tokyo (2017)
University of Tsukuba (2016)

Principal Investigator

大久保 喬平  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsバイオチップ / エクソソーム / 1粒子解析 / マイクロ・ナノアレイ技術 / マイクロ流体 / 医療診断 / バイオセンサ / 細胞 / 導波路 / 屈折率計測 / シリコンフォトニクス / 光干渉計
Outline of Annual Research Achievements

1細胞解析に関して、細胞分泌物の一種であるエクソソームの1粒子解析へと目標を定め、1粒子エクソソーム解析に向けたナノアレイチップの開発に取り組んだ。エクソソームは、脂質二重膜から形成される直径30-150 nmのナノ粒子であり、内包するmRNAはがんの早期診断用バイオマーカー利用が期待されており、ハイスループットかつ網羅的な解析技術の確立が求められている。マイクロアレイ技術に着想を得たエクソソーム・ナノアレイ基板の開発を目標と定め、トップダウン技術(微細加工)とボトムアップ技術(選択的表面修飾)の融合によりナノアレイ基板を設計・作製・評価をした。
エクソソーム解析プラットフォームの確立に向けて、エクソソーム1粒子毎の分離・固定を可能とするTetheringアレイチップを作製した。電子線描画・選択的化学修飾・リフトオフを組み合わせた微細加工技術によりポリエチレングリコール(PEG)脂質誘導体から構成される直径40-200 nmのナノドットパターンがSi基板上に形成された。PEG脂質誘導体末端のオレイル基の脂質二重膜に対するtethering機能によりエクソソームを基板表面に固定化する。HL60細胞由来のエクソソーム懸濁液をマイクロ流路と統合したアレイチップ表面に暴露させた後、原子間力顕微鏡を用いた吸着エクソソーム観察に基づくデバイス動作検証を行った。 固定されたエクソソーム形状変化の測定値とCoarse-grainedモデルに基づく理論値との比較より、PEG脂質誘導体=脂質二重膜間の疎水性相互作用によるエクソソームの形状変化が確認された。今回用いた1粒子エクソソーム固定・分離チップ上において、超解像顕微鏡による膜発現タンパクの多点測定、個別粒子の膜破砕と表面増強ラマン分光を組み合わせた分析による内容物の同定、等の応用に向けて更に改良を進めてゆきたい。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2018 2017 2016

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Directional coupler biosensor with molecularly imprinted polymer2018

    • Author(s)
      K. Uchiyamada, K. Okubo, K. Asakawa, Y. Kamon, Y. Kitayama, T. Takeuchi, H. Suzuki
    • Journal Title

      Sensors and Materials

      Volume: 印刷中

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Silicon nitride directional coupler interferometer for surface sensing2017

    • Author(s)
      K. Okubo, K. Uchiyamada, K. Asakawa, H. Suzuki
    • Journal Title

      Optical Engineering

      Volume: 56(1) Issue: 1 Pages: 017101-017101

    • DOI

      10.1117/1.oe.56.1.017101

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Nano-designed interface toward single exosome analysis2017

    • Author(s)
      K. Okubo, H. Kuramochi, A. Iwaya, T. Akagi, T. Ichiki
    • Organizer
      27th Annual Meeting of MRS-J
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Microfabricated directional coupler-based biosensor for affinity sensing2017

    • Author(s)
      K. Uchiyamada, K. Okubo, K. Asakawa, H. Suzuki
    • Organizer
      19th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers ’17)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] エクソソームアレイにおけるパターンサイズ効果の検討2017

    • Author(s)
      大久保喬平,倉持宏実,岩谷晶子,土屋章一,岡村怜,一木隆範
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Silicon nitride directional coupler interferometer for DNA/protein analysis2016

    • Author(s)
      K. Okubo, K. Uchiyamada, K. Asakawa, H. Suzuki
    • Organizer
      The 3rd International Conference on Advanced Materials and Nanotechnology (ICAMN2016)
    • Place of Presentation
      ベトナム・ハノイ
    • Year and Date
      2016-10-02
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Silicon nitride directional coupler interferometer for highly sensitive biosensing2016

    • Author(s)
      K. Okubo, K. Uchiyamada, K. Asakawa, H. Suzuki
    • Organizer
      平成28年度電気学会E部門総合研究会
    • Place of Presentation
      石川県金沢市・金沢市文化ホール
    • Year and Date
      2016-06-29
    • Related Report
      2016 Annual Research Report

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Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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