| 研究課題/領域番号 |
14205007
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
表面界面物性
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
庭野 道夫 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (20134075)
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| 研究分担者 |
石井 久夫 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (60232237)
木村 康男 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (40312673)
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| 研究期間 (年度) |
2002 – 2004
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| 研究課題ステータス |
完了 (2004年度)
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| 配分額 *注記 |
54,600千円 (直接経費: 42,000千円、間接経費: 12,600千円)
2004年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
2003年度: 17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)
2002年度: 28,080千円 (直接経費: 21,600千円、間接経費: 6,480千円)
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| キーワード | DNA / ハイブリダイゼーション / 赤外分光法 / バイオエレクトロニクス / 細胞 / アポトーシス / 半導体表面 / 分子認識 / DNAチップ / 脂質分子 / 生体機能 |
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| 研究概要 |
本研究の目的は、半導体表面上に構造制御された有機薄膜を形成し、それに吸着する生体分子や高分子の吸着状態を赤外分光法で検知することにより、分子認識機能を持たせることを目的とした。
先ず、DNAやタンパク質、細胞などは、水の変角振動モードと同じ波数領域に吸収ピークをもつために、通常の水の替わりに重水を用いる必要があった。重水を用いると一部の官能基で重水素置換が起こるため、従来のデータベースを活用できない。そのため、第一原理計算等の結果をも利用し、新たな赤外振動のデータベースを構築した。その結果、(1)赤外分光によるDNAの相補対形成の高感度検出、(2)Si表面上に固定したDNAの相補対形成過程の解明に成功した。ハイブリダイゼーション反応に伴うスペクトル変化を第一原理計算と比較することにより、塩基のC=O伸縮振動モードが大きく影響を受けることが明らかになった。さらに、DNA検出の高感度化のために、(3)溶液中のDNAの電気泳動法を確立し、印加電圧によりDNA分子は効率よくSi表面上に引き寄せられ、吸収強度も桁違いに増強することが確かめられた。このとき引き寄せられたDNA分子は、浮遊状態の場合と異なる赤外吸収スペクトルを示した。この変化は、DNA分子の塩基部がプロトン化することによることが判明した。プロトン化は溶液のpH濃度の変化で起こることが報告されているが、われわれは電極表面の電気化学反応でもこの反応が促進されることを初めて明らかにした。また、(4)ナノ構造を用いたDNAの高感度検出とDNA弁別法の確立も試み、DNAが固定されたポーラスシリコンやポーラスアルミナなどの多孔質薄膜を用いてもDNAハイブリダイゼーション反応が見地できることを示した。さらに、(5)細胞の機能解析法の研究にも着手し、計画された細胞死として注目されている「アポトーシス」を、赤外分光法を用いて解析し、細胞死に至るまでの細胞内の化学状態の変化を追跡することに成功した。現在この研究をさらに発展させている。
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