| Project/Area Number |
24K01322
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 28050:Nano/micro-systems-related
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
馬渡 和真 早稲田大学, 理工学術院(情報生産システム研究科・センター), 教授 (60415974)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
加地 範匡 九州大学, 工学研究院, 教授 (90402479)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000)
Fiscal Year 2026: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2025: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2024: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
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| Keywords | ナノ流路 / ３項目同時測定 / ベシクル / ホモダイン / ナノオプトフルイディクス / 高感度検出 / ナノ物質 |
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| Outline of Research at the Start |
ナノダイヤモンド、ウィルスなど近年ナノスケールの粒子が注目されており、ナノ粒子や高分子を１個で検出する手法やデバイスが求められている。しかし、極微小サイズが故に、光検出法のGold standardである吸収・蛍光・散乱で同時にナノ粒子１個を検出することは難しかった。そこで、本研究では、申請者独自の吸光法と、最近見出した光散乱の光干渉現象、蛍光法を合わせ、さらに波長以下の空間であるナノ流路により光散乱や光回折の光位相を制御することで、ナノ流路固液界面からの光回折と光干渉を利用して吸収・蛍光・散乱をナノ物質で同時測定できる究極の汎用検出システム、すなわちNano-homodyne-optofluidic検出法を創成する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
光散乱、光吸収（発熱）、蛍光の３測定を同時に実現する測定系の構築および人工ベシクルの構築に取り組んだ。３測定同時実現においては、１台の顕微鏡で３つの検出系を実現するための光学設計に取り組んだ。正立型顕微鏡をベースに、対物レンズ上部から光散乱、光吸収（発熱）、蛍光測定のためのレーザー光を導入できるようにした。また、ナノ流路光回折と粒子光散乱の干渉測定、および光吸収（発熱）による光回折測定では透過光の測定が不可欠であることがわかったので、蛍光を反射型の測定配置とした。そのため、レーザー光導入部のミラーを励起光反射、蛍光透過型とした。蛍光測定のために、該ミラー上部に蛍光を光ファイバに導くユニットを製作して、光ファイバに接続したフィルターユニットと光電子増倍管により蛍光強度を測定できるようにした。また、光吸収（発熱）と光散乱はナノ流路光回折光を測定する構造とした。ここで重要な点は光吸収（発熱）と光散乱の信号の区別である。ともに光吸収（発熱）および光散乱によるナノ流路光回折光の測定をするので、原理的には信号が重なってします。そこで、本研究では、光吸収（発熱）が励起光の変調周波数に同期するのに対して、ナノ粒子の光散乱が励起光とは関係なく粒子通過時にしか発生しないことに着目した。すなわち、ナノ粒子の信号は通過時間の逆数での周波数が発生する。そこで、光吸収（発熱）用の変調周波数と、粒子通過時の周波数を分けることで信号の分離を試みた。実際に、変調周波数4kHz、粒子通過時の周波数1kHでともに分離測定できた。蛍光については、ナノ粒子を一つ一つ測定できることがわかった。
人工ベシクルについては、マイクロ流路内にバッフル板を設置することで意図的に乱流を引き起こし、脂質溶液と緩衝液の混合速度を高めることで、平均粒径が70 nm程度、PDI（分散度）が0.15程度の人口ベシクルの調製に成功した。
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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
研究業績で示したように、本年度の主目的であるナノ流路での光吸収（発熱）、蛍光、散乱の同時測定系をはじめて構築するとともに、同時測定の原理を実証できた。また、人工ベシクルについても、マイクロ流路を用いた合成系を構築して、70nmレベルとウィルスサイズ並の粒子の合成に成功した。国際論文を１報発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
３項目測定系については、分離して同時測定するための原理を検証した段階であり、実際に人工ベシクルを用いて３項目が同時に測定できることを実証する必要がある。また、50nmレベルのベシクル（ウィルスの最小サイズに近い）を測定するための感度向上も必要である。そのために、ナノ流路のサイズや形状、測定波長など総合的に取り組む。また、人工ベシクルについては、ベシクルの中に光吸収溶液を、表面に蛍光タンパクを取り込んだ粒子の合成に取り組み、３項目測定用の疑似ウィルス試料として使用する。
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