酸化グラフェンを用いた光化学反応の自在な制御と高感度遺伝子解析への応用

• 研究課題/領域番号: 25410146
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 分析化学
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 北村 裕介 熊本大学, 自然科学研究科, 助教 (80433019)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2015年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2014年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2013年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
• キーワード: DNA / グラフェン / バイオセンサー / 遺伝子解析 / 光化学反応 / 酸化グラフェン

研究成果の概要

酸化グラフェン（GO）を消光剤として利用し、高感度DNA検出法の開発を試みた。5’末端に蛍光色素を修飾したプローブDNAと捕捉DNAとが形成する2本鎖をGO上に吸着させた。捕捉DNAは3’末端側に長い1本鎖領域を有しており、GOに強く吸着する。プローブの3’末端側にも1本鎖突出領域があり、標的DNAが添加されると、この領域をきっかけとして鎖交換が起こり、プローブが遊離する仕組みとした。プローブ遊離後は、捕捉DNAがGO上の吸着サイトを埋めることで、標的DNAの非特異的な吸着が抑制される。また、捕捉DNAによって非特異的なプローブの放出が抑制されており、高いシグナルコントラストを達成した。

研究成果

• [雑誌論文] Graphene Oxide-based Amplified Fluorescence Sensor for Nucleic Acid Detection through Target-catalyzed Hairpin Assembly (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Kitamura, T. Miyahata, H. Matsuura, K. Hatakeyama, T. Taniguchi, M. Koinuma, Y. Matsumoto, T. Ihara
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 44 号: 10 ページ: 1353-1355
  • DOI: 10.1246/cl.150564
  • NAID: 130005101443
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxide: A Fertile Nanosheet for Various Applications (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Obata, K. Saiki, T. Taniguchi, T. Ihara, Y. Kitamura, and Y. Matsumoto
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 84 号: 12 ページ: 121012-121029
  • DOI: 10.7566/jpsj.84.121012
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Metal Ion-directed Dynamic Splicing of DNA through Global Conformational Change by Intramolecular Complexation (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Ihara, H. Ohura, C. Shirahama, T. Furuzono, H. Shimada, H. Matsuura, Y. Kitamura
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 6 号: 1 ページ: 6640-6640
  • DOI: 10.1038/ncomms7640
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Alteration of DNAzyme Activity by Silver Ion (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Urata, T. Miyahata, H. Matsuura, Y. Kitamura, T. Ihara
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 43 号: 7 ページ: 1020-1022
  • DOI: 10.1246/cl.140197
  • NAID: 130004868237
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 酸化グラフェン上でのDNA鎖交換反応を利用した高選択的核酸検出システムの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宮端孝明, 北村裕介, 二村朱香, 松浦博孝, 畠山一翔, 鯉沼陸央, 松本泰道, 井原敏博
  • 雑誌名: ナノ学会会報 巻: 12 ページ: 63-67
  • 査読あり
• [雑誌論文] Potentiometric DNA Sensing Platform Using Redox-Active DNA Probe Pair for Sandwich-Type Dual Hybridization at Indicator Electrode Surface (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Nakano, T. Kimura, Y. Kitamura, T. Ihara, R. Ishimatsu, T. Imato
  • 雑誌名: Journal of Electroanalytical Chemistry 巻: 720-721 ページ: 71-75
  • DOI: 10.1016/j.jelechem.2014.03.029
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In Situ Oxygenous Functionalization of a Graphite Electrode for Enhanced Affinity toward Charged Species and a Reduced Graphene Oxide Mediator (2014)
  • 著者名/発表者名: M. R. Karim, Y. Ikeda, T. Ide, S. Sugito, K. Toda, YM. R. Karim, Y. Ikeda, T. Ide, S. Sugimoto, K. Toda, Y. Kitamura, T. Ihara, T. Matsui, T. Tani. Kitamura, T. Ihara, T. Matsui, T. Taniguchi, M. Koinuma, Y. Matsumoto, S. Hayami
  • 雑誌名: New Journal of Chemistry 巻: 38 号: 5 ページ: 2120-2127
  • DOI: 10.1039/c3nj01471a
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] DNA analysis based on toehold-mediated strand displacement on graphene oxide (2013)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Miyahata, Yusuke Kitamura, Akika Futamura, Hirotaka Matsuura, Kazuto Hatakeyama, Michio Koinuma, Yasumichi Matsumoto and Toshihiro Ihara
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 49 号: 86 ページ: 10139-10141
  • DOI: 10.1039/c3cc45531a
  • 査読あり
• [雑誌論文] 金属錯体の特異的な形成及び相互作用を利用する新規核酸プローブの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 北村 裕介, 井原 敏博
  • 雑誌名: 分析化学 巻: 62 号: 9 ページ: 793-810
  • DOI: 10.2116/bunsekikagaku.62.793
  • NAID: 10031186094
  • ISSN: 0525-1931
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metallo-regulation of the bimolecular triplex formation of a peptide nucleic acid. (2013)
  • 著者名/発表者名: Shimada H, Sakurai T, Kitamura Y, Matsuura H, Ihara T
  • 雑誌名: Dalton Trans. 巻: 42(45) 号: 45 ページ: 16006-13
  • DOI: 10.1039/c3dt51386f
  • 査読あり
• [学会発表] Highly Sensitive Biosensor Based on Graphene Oxide (2016)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Miyahata, Tomoya Matsuo, Yusuke Kitamura, Toshihiro Ihara
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会2016
  • 発表場所: 同志社大学
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] GO-based Nucleic Acids Sensor Amplified with DNA Circuit (2015)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Miyahata, Tomoya Matsuo, Yusuke Kitamura, Toshihiro Ihara
  • 学会等名: The 42nd International Symposium on Nucleic Acid Chemistry
  • 発表場所: I-messae hall, Himeji
  • 年月日: 2015-09-23
  • 国際学会
• [学会発表] Reversible formation of Nanosheet Assemblies through Toehold-mediated DNA Strand Exchange (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Matsuo, Takaaki Miyahata, Yusuke Kitamura, Kazuto Hatakeyama, Michio Koinuma, Yasumichi Matsumoto, Toshihiro Ihara
  • 学会等名: Japan-the Netherlands Symposium on Soft-Tribology
  • 発表場所: Kumamoto University
  • 年月日: 2015-09-10
  • 国際学会
• [学会発表] Takaaki Miyahata, Yusuke Kitamura, Hirotaka Matsuura, Kazuto Hatakeyama, Takaaki Taniguchi, Michio Koinuma, Yasumichi Matsumoto, Toshihiro Ihara (2015)
  • 著者名/発表者名: Graphene Oxide-Based Nucleic Acids Sensor Combined with Enzymatic Signal Amplification
  • 学会等名: Japan-the Netherlands Symposium on Soft-Tribology
  • 発表場所: Kumamoto University
  • 年月日: 2015-09-10
  • 国際学会
• [学会発表] 無機ナノシートと核酸の相互作用の解析およびその遺伝子センサーへの応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 宮端孝明、松尾朋弥、北村裕介、井原敏博
  • 学会等名: 第52回化学関連支部合同九州大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場
  • 年月日: 2015-06-27
• [学会発表] Signal Amplification in Gene Analysis Based on Graphene Oxide and DNA Circuit (2015)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Miyahata, Tomoya Matsuo, Yusuke Kitamura, Toshihiro Ihara
  • 学会等名: 日本化学会第95春季年会2015
  • 発表場所: 日本大学船橋キャンパス
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [学会発表] 酸化グラフェン上でのDNA鎖交換連鎖反応を利用したシグナル増幅型核酸センサー (2014)
  • 著者名/発表者名: 宮端孝明、二村朱香、北村裕介、井原敏博
  • 学会等名: 第３回酸化グラフェンシンポジウム
  • 発表場所: 東工大キャンパスイノベーションセンター
  • 年月日: 2014-12-18
• [学会発表] 核酸を連結素子とするナノシート会合対形成に関する基礎研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松尾朋弥、二村朱香、北村裕介、井原敏博
  • 学会等名: 第３回酸化グラフェンシンポジウム
  • 発表場所: 東工大キャンパスイノベーションセンター
  • 年月日: 2014-12-18
• [学会発表] Graphene oxide-based DNA sensor with catalytic signal amplification (2014)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Kitamura, Hiroyuki Ohura, Toshihiro Ihara
  • 学会等名: The 41st International Symposium on Nucleic Acid Chemistry
  • 発表場所: 北九州国際会議場
  • 年月日: 2014-11-05 – 2014-11-07
• [学会発表] 酸化グラフェン上でのDNA鎖交換反応を利用したシグナル増幅型核酸分析法の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 北村裕介、宮端孝明、松尾朋弥、井原敏博
  • 学会等名: 日本分析化学会第63年会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-19
• [学会発表] 酸化グラフェンを用いたシグナル増幅型核酸検出法の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 北村裕介、宮端孝明、井原敏博
  • 学会等名: 第８回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] 鎖交換反応を利用したシグナル増幅型遺伝子センサーの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宮端孝明、松尾朋弥、北村裕介、井原敏博
  • 学会等名: 第８回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] Signal amplification in DNA sensing using toehold mediated strand exchange on graphene oxide (2014)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Miyahata, Tomoya Matsuo, Yusuke Kitamura, Toshihiro Ihara
  • 学会等名: RSC Tokyo International Conference 2014
  • 発表場所: 幕張メッセ
  • 年月日: 2014-09-04
• [学会発表] 酸化グラフェンを用いたシグナル増幅型核酸センサーの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宮端孝明、北村裕介、井原敏博
  • 学会等名: 第26回生体機能関連化学若手のサマースクール
  • 発表場所: ラフォーレ蔵王
  • 年月日: 2014-07-25
• [学会発表] 酸化グラフェン上での鎖交換反応を利用したシグナル増幅型核酸センサーの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宮端孝明、二村朱香、北村裕介、井原敏博
  • 学会等名: 第51回化学関連支部合同九州大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場
  • 年月日: 2014-06-28
• [学会発表] 酸化グラフェンとDNAの相互作用に関する基礎的研究および遺伝子センサーへの応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宮端孝明、松尾朋弥、北村裕介、井原敏博
  • 学会等名: 第２回酸化グラフェンシンポジウム
  • 発表場所: 熊本大学工学部百周年記念館
  • 年月日: 2014-06-24
  • 招待講演
• [学会発表] 酸化グラフェン上に固定化したDNAの鎖交換反応による高選択的放出 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宮端孝明、二村朱香、北村裕介、井原敏博
  • 学会等名: 日本化学会第94春季年会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス
• [学会発表] DNA analysis based on toehold-mediated strand exchange on graphene oxide (2014)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Miyahata, Chiharu Imoto, Tomohiro Matsuo, Yusuke Kitamura, Toshihiro Ihara
  • 学会等名: 1st. International Symposium on Graphene oxide
  • 発表場所: 熊本大学工学部百周年記念館
• [学会発表] 酸化グラフェン上での鎖交換反応を利用した新規DNA検出法の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 北村 裕介、宮端 孝明、井原 敏博
  • 学会等名: 第7回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋大学豊田講堂
• [学会発表] Sequence-specific release of the immobilized DNA from the surface of graphene oxide through toehold-mediated strand exchange (2013)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Kitamura, Takaaki Miyahata, Toshihiro Ihara
  • 学会等名: 第40回国際核酸化学シンポジウム
  • 発表場所: 神奈川大学
• [学会発表] 酸化グラフェン上でのDNA鎖交換反応とその遺伝子解析への応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 宮端孝明、二村朱香、吉村晶大、北村裕介、井原敏博
  • 学会等名: 第50回化学関連支部合同九州大会
  • 発表場所: 北九州市小倉北区浅野北九州国際会議場
• [学会発表] Sequence-Specific DNA Adsorption and Desorption on Graphene Oxide through Toehold-Mediated Strand Exchange (2013)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Miyahata, Akika Futamura, Yusuke Kitamura, Toshihiro Ihara
  • 学会等名: ASIANALYSIS XII
  • 発表場所: 九州大学馬出キャンパス
• [学会発表] 酸化グラフェンとDNAの相互作用およびセンシングへの応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 宮端孝明、井元千春、吉村晶大、北村裕介、井原敏博
  • 学会等名: 酸化グラフェンシンポジウム
  • 発表場所: 熊本大学工学部
• [学会発表] 酸化グラフェン上での配列特異的DNA鎖交換反応 (2013)
  • 著者名/発表者名: 宮端孝明、二村朱香、北村裕介、井原敏博
  • 学会等名: バイオマテリアル学会九州講演会2013
  • 発表場所: 熊本大学黒髪北キャンパス
• [図書] ナノスケール・ミクロスケールから見えるビックな世界 (2013)
  • 著者名/発表者名: 新藤 斎（編著）
  • 総ページ数: 30
  • 出版者: 中央大学出版部