ナノ化学描画法によるバイオセンシングデバイス

• 研究課題/領域番号: 20K05557
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分34020:分析化学関連
• 研究機関: 東京都立大学
• 研究代表者: 内山 一美 東京都立大学, 都市環境科学研究科, 教授
• 研究期間 (年度): 2020
• 研究課題ステータス: 交付 (2020年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: ナノワイヤ / バイオセンシング / 乳酸 / 酵素 / 化学ペン / ナノ化学描画 / ナノワイヤセンサ / 超高感度計測

研究開始時の研究の概要

一分子計測は，単一細胞から放出される化学物質やタンパク質、DNAなどの測定とそれに基づく細胞機能の解析や理解のために極めて有用である。研究代表者は微小なプッシュプル型ノズルを用いて材料表面直近の微小領域に化学反応場を形成し、これを走査することで材料表面にナノワイヤーを形成するナノ化学描画法を開発した。本法により生成した銀ナノワイヤー表面に抗体を固定化し、抗原タンパク質をナノワイヤーの抵抗値変化により測定すると１～数分子の抗原タンパク質が測定できることが分かった。本研究ではナノ化学描画法により生成したナノワイヤーを用いた超高感度センシングデバイスを実現する。

研究実績の概要

本申請では, 金属ナノワイヤを用いてごく微量の化学物質の検出に用いる超高感度センシングを行うこととしている. 今年度においては2つの方法で研究を進めた.
1)ナノワイヤ作製のメカニズム解明
本研究のナノワイヤの作製には, マイクロメートルサイズのガラスキャピラリーを用いても, ナノメートルサイズの金属細線の描画が可能であるという点が疑問とされている. その理由をシミュレーションを用いて検討した. 2つの溶液を層流系のシステムで送液し, 温度や粘度を最適化することにより, その界面にごく微小の反応場を形成できることが分かった. これによりナノワイヤセンサの安定的な作製が見込まれる.
2)ナノワイヤによる超高感度なバイオセンサの作製
これまで抗原抗体反応を用いたタンパク質の超高感度センシングを行ってきたが, 酵素反応を用いることでより多くの物質を検出できるため, 酵素への展開を行っている. ここでは酵素として乳酸酸化酵素を用い, 基礎実験として, 細胞から放出される乳酸を電気化学的に計測した. 安定した酵素反応系の構築が可能となった.

研究成果

• [雑誌論文] 自律送液が可能なマイクロチップと有機フォトダイオード検出器を用いる化学発光分析システムの開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: QU Kuizhi、MORIOKA Kazuhiro、AZUMA Nao、OSASHIMA Moeko、HEMMI Akihide、SHOJI Atsushi、MURAKAMI Hiroya、TESHIMA Norio、UMEMURA Tomonari、KATO Shungo、KASAI Nahoko、UCHIYAMA Katsumi、NAKAJIMA Hizuru
  • 雑誌名: 分析化学 巻: 69 号: 1.2 ページ: 31-39
  • DOI: 10.2116/bunsekikagaku.69.31
  • NAID: 130007809214
  • ISSN: 0525-1931
  • 年月日: 2020-01-05
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] ノズルシステムを用いたがん細胞からの乳酸塩の電気化学的検出 (2020)
  • 著者名/発表者名: 岡本梓, Lin Zhou, Sifeng Mao, 河西奈保子, 内山一美
  • 学会等名: 日本分析化学会 第69年会
• [備考] 令和2年8月20日死亡