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エピゲノム解析用フォトニック結晶ナノ共振器の開発とDNAメチル化率評価への応用

研究課題

研究課題/領域番号 19H04451
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分90110:生体医工学関連
研究機関大阪府立大学

研究代表者

遠藤 達郎  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40432017)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2021年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2020年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2019年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
キーワードフォトニック結晶 / バイオセンサ / ナノインプリントリソグラフィー / エピゲノム解析 / ナノ共振器 / エピゲノム / ナノインプリントリソグラフィ / DNA / フォトニック決勝 / バイオセンサー
研究開始時の研究の概要

本研究の目的は、①可視領域の光でDNA鎖中シトシン塩基のメチル化に起因するわずかな分子量・構造変化を屈折率変化として高感度に直接検出可能な光学素子「フォトニック結晶(Photonic crystal: PhC)ナノ共振器」を設計・開発し、②DNA鎖のメチル化率を非染色で解析可能にし、③アルツハイマー病とDNAメチル化率の相関を明らかにすることにある。
本研究では、既存の技術を凌駕する性能(簡便性・感度)でエピゲノム解析デバイスを開発し、アルツハイマー病モデル培養細胞を用いて開発したデバイスの有用性評価を行い、アルツハイマー病早期診断デバイスとして応用展開を進める。

研究成果の概要

本研究の目的は、バイサルファイト法等煩雑な操作の必要なく①可視領域の光でDNA鎖中シトシン塩基のメチル化に起因するわずかな分子量・構造変化を屈折率変化として高感度に直接検出可能な光学素子「フォトニック結晶(Photonic crystal: PhC)ナノ共振器」を設計・開発し、②DNA鎖のメチル化率を非染色で解析可能にし、③アルツハイマー病等疾病に関与するDNA塩基配列とDNAメチル化率の相関を明らかにすることにある。
本研究では、PhCナノ共振器を設計・作製した後、センサ感度評価、DNAハイブリダイゼーションによるメチル化・非メチル化の検出を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

バイサルファイト法等従来のエピゲノム解析法は、DNAシーケンサーを用いて結果を取得するため煩雑な操作を必要とし、高額な装置が必要という課題があった。しかし本研究で開発したPhCナノ共振器を用いたエピゲノム解析法は、前述した従来法の課題を克服し、簡便・安価に解析が可能になることが期待でき、生命科学・医学の発展に貢献できるという点で意義がある。
加えて開発したPhCナノ共振器は、DNAハイブリダイゼーションの他抗原抗体反応等種々の生化学反応によって誘起される屈折率変化を高感度に検出することが可能であり、エピゲノム解析に限定されず疾病の超早期診断などへの応用展開が期待できる点で社会的意義がある。

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (33件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (13件) (うち国際共著 1件、 査読あり 12件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (20件) (うち招待講演 4件)

  • [雑誌論文] YAG:Ce<sup>3+</sup>粒子含有フォトニック結晶の作製および光センサ性能評価2022

    • 著者名/発表者名
      Ueda Shotaro、Kobayashi Nao、Kawasaki Daiki、Yamada Hirotaka、Sueyoshi Kenji、Hisamoto Hideaki、Endo Tatsuro
    • 雑誌名

      電気学会論文誌E(センサ・マイクロマシン部門誌)

      巻: 142 号: 2 ページ: 29-30

    • DOI

      10.1541/ieejsmas.142.29

    • NAID

      130008149941

    • ISSN
      1341-8939, 1347-5525
    • 年月日
      2022-02-01
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fabrication of Metal-Insulator-Metal Nanostructures Composed of Au-MgF2-Au and Its Potential in Responding to Two Different Factors in Sample Solutions Using Individual Plasmon Modes2022

    • 著者名/発表者名
      Yamada Hirotaka、Kawasaki Daiki、Sueyoshi Kenji、Hisamoto Hideaki、Endo Tatsuro
    • 雑誌名

      Micromachines

      巻: 13 号: 2 ページ: 257-257

    • DOI

      10.3390/mi13020257

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Imprinted Photonic Crystal-Film-Based Smartphone-Compatible Label-Free Optical Sensor for SARS-CoV-2 Testing2022

    • 著者名/発表者名
      Kawasaki Daiki、Yamada Hirotaka、Sueyoshi Kenji、Hisamoto Hideaki、Endo Tatsuro
    • 雑誌名

      Biosensors

      巻: 12 号: 4 ページ: 200-200

    • DOI

      10.3390/bios12040200

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Au nanorods-TiO2 photonic crystal plasmonic-photonic hybrid sensor for label-free detection and identification of DNA molecules with single nucleotide polymorphisms2022

    • 著者名/発表者名
      Kawasaki Daiki、Yamada Hirotaka、Sueyoshi Kenji、Hisamoto Hideaki、Endo Tatsuro
    • 雑誌名

      Sensors and Actuators B: Chemical

      巻: 361 ページ: 131747-131747

    • DOI

      10.1016/j.snb.2022.131747

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Modulating Optical Characteristics of Nanoimprinted Plasmonic Device by Re-Shaping Process of Polymer Mold2021

    • 著者名/発表者名
      Yamada Hirotaka、Sueyoshi Kenji、Hisamoto Hideaki、Endo Tatsuro
    • 雑誌名

      Micromachines

      巻: 12 号: 11 ページ: 1323-1323

    • DOI

      10.3390/mi12111323

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] メンブレンフィルタを基材としたプラズモニックメンブレンの作製とセンサ応用2020

    • 著者名/発表者名
      Endo Tatsuro、Yamada Hirotaka
    • 雑誌名

      電気学会論文誌E(センサ・マイクロマシン部門誌)

      巻: 140 号: 12 ページ: 382-383

    • DOI

      10.1541/ieejsmas.140.382

    • NAID

      130007948614

    • ISSN
      1341-8939, 1347-5525
    • 年月日
      2020-12-01
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Angle-Sensitive Photonic Crystals for Simultaneous Detection and Photocatalytic Degradation of Hazardous Diazo Compounds2020

    • 著者名/発表者名
      Maeno Kenichi、Patel Bhargav R.、Endo Tatsuro、Kerman Kagan
    • 雑誌名

      Micromachines

      巻: 11 号: 1 ページ: 93-93

    • DOI

      10.3390/mi11010093

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Highly sensitive optical ion sensor with ionic liquid-based colorimetric membrane/photonic crystal hybrid structure2020

    • 著者名/発表者名
      Kawasaki Daiki、Oishi Ryoutarou、Kobayashi Nao、Mizuta Tatsumi、Sueyoshi Kenji、Hisamoto Hideaki、Endo Tatsuro
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 16739-16739

    • DOI

      10.1038/s41598-020-73858-8

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Template Stripping Method-Based Au Nanoarray for Surface-Enhanced Raman Scattering Detection of Antiepileptic Drug2020

    • 著者名/発表者名
      Tatsuro Endo, Hirotaka Yamada, Kenji Yamada
    • 雑誌名

      Mivromachines

      巻: 11 号: 10 ページ: 936-936

    • DOI

      10.3390/mi11100936

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 印刷技術を用いたナノフォトニクスデバイス作製と高感度バイオセンサ開発2020

    • 著者名/発表者名
      遠藤達郎
    • 雑誌名

      月刊オプトロニクス

      巻: 465 ページ: 164-167

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Au &quot;Edged Hole Array&quot; for Sensor Application2019

    • 著者名/発表者名
      Hirotaka Yamada, Daiki Kawasaki, Chigusa Inoue, Kenichi Maeno, Kenji Sueyoshi, Hideaki Hisamoto, Tatsuro Endo
    • 雑誌名

      Journal of Photopolymer Science and Technology

      巻: 32 号: 1 ページ: 101-105

    • DOI

      10.2494/photopolymer.32.101

    • NAID

      130007744377

    • ISSN
      0914-9244, 1349-6336
    • 年月日
      2019-06-24
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] TiN-contained polymer-metal core-shell structured nanocone array: Engineering of sensor performance by controlling plasmonic properties2019

    • 著者名/発表者名
      Daiki Kawasaki, Kenichi Maeno, Hirotaka Yamada, Kenji Sueyoshi, Hideaki Hisamoto, Tatsuro Endo
    • 雑誌名

      Sensors and Actuators B: Chemical

      巻: 299 ページ: 126932-126932

    • DOI

      10.1016/j.snb.2019.126932

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Core?Shell-Structured Gold Nanocone Array for Label-Free DNA Sensing2019

    • 著者名/発表者名
      Daiki Kawasaki, Hirotaka Yamada, Kenichi Maeno, Kenji Sueyoshi, Hideaki Hisamoto, Tatsuro Endo
    • 雑誌名

      ACS Appl. Nano Mater.

      巻: 2 号: 8 ページ: 4983-4990

    • DOI

      10.1021/acsanm.9b00930

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Quantum dots / TiO2 ハイブリット型フォトニック結晶の作製及び可視域応答バイオセンサへの応用2022

    • 著者名/発表者名
      植田渉太郎,川﨑大輝,西辻凌輔,山田大空,末吉健志,久本秀明,遠藤達郎
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] プラズモニック結晶を用いた非標識PCR法の開発2022

    • 著者名/発表者名
      古川ふう大,山田大空,川崎大輝,西辻凌輔,遠藤達郎,末吉健志,久本秀明
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] フォトニック結晶を用いた細胞代謝産物の非標識検出2022

    • 著者名/発表者名
      王彦康,中島悠佑,植田渉太郎,末吉健志,久本秀明,遠藤達郎
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ナノインプリント技術を用いた光センサデバイスの開発2022

    • 著者名/発表者名
      遠藤達郎
    • 学会等名
      2022年第1回ナノインプリント技術研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] フォトニック結晶を用いたDNAメチル化の光検出2021

    • 著者名/発表者名
      中島悠佑,小林奈緒,植田渉太郎,川崎大輝,末吉健志,久本秀明,遠藤達郎
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第43回研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 酵素含有刺激応答性ハイドロゲル/フォトニック結晶ハイブリッドの作製とグルコースセンサへの応用2021

    • 著者名/発表者名
      遠藤 達郎, 小林 奈緒, 川崎 大輝, 山田 大空, 末吉 健志, 久本 秀明
    • 学会等名
      第60回日本生体医工学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] イオン選択性可塑化PVC複合型プラズモニックイオンセンサの開発2021

    • 著者名/発表者名
      遠藤達郎,井上千種,川崎大輝,山田大空,末吉健志,久本秀明
    • 学会等名
      第38回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ポリマー製フォトニック結晶シートを用いたスマートフォンによるSARS-CoV-2スパイクタンパク質の高感度検出2021

    • 著者名/発表者名
      川崎大輝,山田大空,末吉健志,久本秀明,遠藤達郎
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第44回研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] バイオセンシング応用を指向したプラズモニックデバイスの開発2021

    • 著者名/発表者名
      遠藤達郎
    • 学会等名
      第20回プラズモニック化学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ポリマーを基材としたナノバイオセンシングデバイスの創製2021

    • 著者名/発表者名
      遠藤達郎
    • 学会等名
      第30回ポリマー材料フォーラム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ナノインプリント技術を用いた光学素子の作製とバイオセンサ応用2021

    • 著者名/発表者名
      遠藤達郎
    • 学会等名
      第46回ポリマー光部品(POC)研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] プラズモニック結晶を用いた非染色PCR産物検出デバイスの開発2020

    • 著者名/発表者名
      古川ふう大,井上千種,川崎大輝,山田大空,末吉健志,久本秀明,遠藤達郎
    • 学会等名
      日本分析化学会第69年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 光学バイオセンサ応用を志向したYAG:Ce3+粒子含有フォトニック結晶の作製と光学特性評価2020

    • 著者名/発表者名
      植田渉太郎,小林奈緒,川崎大輝,山田大空,末吉健志,久本秀明,遠藤達郎
    • 学会等名
      「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 光学センサへの応用を志向したYAG:Ce3+粒子含有ポリマー製フォトニック結晶の作製と光学特性評価2020

    • 著者名/発表者名
      植田渉太郎,小林奈緒,川崎大輝,山田大空,末吉健志,久本秀明,遠藤達郎
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 生体分子解析のためのフォトニック結晶/金ナノロッドハイブリッド構造の基礎特性評価2020

    • 著者名/発表者名
      川崎大輝,山田大空,末吉健志,久本秀明,遠藤達郎
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 非特異的吸着抑制を指向したポリマー製フォトニック結晶表面処理条件の検討2020

    • 著者名/発表者名
      中野萌,川崎大輝,山田大空,末吉健志,久本秀明,遠藤達郎
    • 学会等名
      日本化学会 第100春季年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 高感度蛍光増強型バイオセンシングを志向したTiO2 / ハイドロゲルハイブリッドフォトニック結晶の作製2019

    • 著者名/発表者名
      小林奈緒,志水友哉,川﨑大輝,山田大空,久本秀明,末吉健志,遠藤達郎
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第39回研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] モールド形状制御によるナノインプリント製プラズモニック結晶のセンサ性能制御2019

    • 著者名/発表者名
      山田大空,志水友哉,小林奈緒,末吉健志,久本秀明,遠藤達郎
    • 学会等名
      日本分析化学会第68年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 高Q値シリコンナノ共振器における抗原抗体反応2019

    • 著者名/発表者名
      保田賢志,伊藤隆浩,前野権一,山田大空,岡野誠,遠藤達郎,髙橋和
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 広域プラズモン増強電場発生を示すMetal-Insulator-Metalドットアレイの開発2019

    • 著者名/発表者名
      山田大空,川﨑大輝,井上千種,前野権一,末吉健志,久本秀明,遠藤達郎
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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