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2017 年度 実績報告書

拡張ナノ熱光学流体デバイスの創成と無標識一分子検出の実現

研究課題

研究課題/領域番号 17H01207
研究機関東京大学

研究代表者

北森 武彦  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (60214821)

研究分担者 馬渡 和真  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (60415974)
嘉副 裕  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任講師 (20600919)
清水 久史  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (60631281)
森川 響二朗  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任助教 (20796437)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード光熱変換分光 / 拡張ナノ流体工学
研究実績の概要

本研究では、研究代表者ら独自の非蛍光分子検出法である光熱変換位相差(POPS)検出法により、100 nmの拡張ナノ空間で生体分子の無標識一分子検出を実現することを目的とする。具体的には、生体分子を対象とするUV励起型かつバックグラウンドフリー化のための光学系、及び熱拡散に伴う感度低下の抑制のため熱光学特性を制御した検出用拡張ナノ流路を開発して、これまで100分子レベルであった検出感度を更に2桁向上させる。以上により、単一・可算個分子を対象とする極限の分析化学を創成する。
平成29年度は、UV励起型かつバックグラウンドフリー化のための光学系を開発した。POPS検出では、プローブ光を微分干渉プリズムにより分離して干渉させることで光の波長以下の拡張ナノ空間で試料分子から放出される熱に伴う屈折率変化を検出する。これまでの光学系では、プローブ光だけでなく励起光も微分干渉プリズムを通過する構造であった。しかし、これをUV励起型にするとプリズムにおける紫外励起光の透過性と可視プローブ光の干渉性の両立が困難であり、検出における感度低下の要因となっていた。そこで、励起光とプローブ光の光路を独立化させた光学系を開発することで、UV励起型でもプローブ光の高精度の干渉を実現した。これにより、干渉によるバックグラウンド低減率が従来よりも5倍高い消光比1/340を達成した。これは従来光学系によるUV励起型POPSよりも感度が桁で高い検出が可能であることを意味している。今後、新たに開発した光学系を用いて生体分子の検出性能の評価に取り組む。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初研究計画通りにUV励起型POPSにおける光学系の問題を解決してプローブ光干渉の性能向上を実現しているため。

今後の研究の推進方策

今年度開発した光学系を用いて励起光強度の増強とノイズ低減に取り組み検出性能を評価する。一方、検出に用いる拡張ナノ流路への断熱部への組込などによる流路の熱光学特性の制御にも着手する。

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 6件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Thermo-Optical Characterization of Photothermal Optical Phase Shift Detection in Extended-Nano Channels and UV Detection of Biomolecules2017

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Shimizu, Naoya Miyawaki, Yoshihiro Asano, Kazuma Mawatari, and Takehiko Kitamori
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: 89 ページ: 6043-6049

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.7b00630

    • 査読あり
  • [雑誌論文] IN-SITU MEASUREMENT OF THERMAL DIFFUSION CONSTANT OF LIQUID USING PHOTOTHERMAL OPTICAL PHASE SHIFT2017

    • 著者名/発表者名
      T. Sato, H. Shimizu, K. Mawatari, and T. Kitamori
    • 雑誌名

      Proceedings of MicroTAS 2017

      巻: - ページ: 295-296

    • 査読あり
  • [雑誌論文] SIMPLE AND ULTRA SENSITIVE DETECTION METHOD OF NON-FLUORESCENT MOLECULES IN EXTENDED-NANO SPACES UTILIZING LIGHT DIFFRACTION: INVESTIGATION OF SIGNAL GENERATION MECHANISM2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Tsuyama, K. Mawatari, and T. Kitamori
    • 雑誌名

      Proceedings of MicroTAS 2017

      巻: - ページ: 537-538

    • 査読あり
  • [雑誌論文] PHOTOTHERMAL OPTICAL PHASE SHIFT MICROSCOPY USING RELAY OPTICS FOR SENSITIVE DETECTION OF BIOMOLECULES2017

    • 著者名/発表者名
      S. Takeda, H. Shimizu, K. Mawatari, and T. Kitamori
    • 雑誌名

      Proceedings of MicroTAS 2017

      巻: - ページ: 575-576

    • 査読あり
  • [学会発表] 光回折を利用した拡張ナノ空間における簡易で汎用的な分子検 出法の開発2018

    • 著者名/発表者名
      津山慶之・馬渡和真・北森武彦
    • 学会等名
      日本化学会 第98春季年会
  • [学会発表] 生体分子高感度検出にむけた紫外励起光熱変換光位相差検出法 の開発2018

    • 著者名/発表者名
      竹田薫識・清水久史・馬渡和真・北森武彦
    • 学会等名
      日本化学会 第98春季年会
  • [学会発表] Symple and Versatile Detection Method of Non-fluorescent Molecules in Extended-nano Channel Utilizing Optical Diffraction: Theory And Signal Generation Mechanism2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Tsuyama, K. Mawatari, and T. Kitamori
    • 学会等名
      17th Asia-Pacific International Symposium on Microscale Separations and Analysis (APCE 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] IN-SITU MEASUREMENT OF THERMAL DIFFUSION CONSTANT OF LIQUID USING PHOTOTHERMAL OPTICAL PHASE SHIFT2017

    • 著者名/発表者名
      T. Sato, H. Shimizu, K. Mawatari, and T. Kitamori
    • 学会等名
      Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] SIMPLE AND ULTRA SENSITIVE DETECTION METHOD OF NON-FLUORESCENT MOLECULES IN EXTENDED-NANO SPACES UTILIZING LIGHT DIFFRACTION: INVESTIGATION OF SIGNAL GENERATION MECHANISM2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Tsuyama, K. Mawatari, and T. Kitamori
    • 学会等名
      Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] PHOTOTHERMAL OPTICAL PHASE SHIFT MICROSCOPY USING RELAY OPTICS FOR SENSITIVE DETECTION OF BIOMOLECULES2017

    • 著者名/発表者名
      S. Takeda, H. Shimizu, K. Mawatari, and T. Kitamori
    • 学会等名
      Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of UV excitation photothermal optical phase shift detector for single nonfluorescent molecule detection2017

    • 著者名/発表者名
      S. Takeda, H. Shimizu, K. Mawatari, and T. Kitamori
    • 学会等名
      AMN/ISMM/APBCM/ANZNMF2017
    • 国際学会
  • [学会発表] バックグラウンドフリーUV励起光熱変換光位相差検出法の開発2017

    • 著者名/発表者名
      竹田薫識・清水久史・馬渡和真・北森武彦
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第36回研究会
  • [学会発表] 光回折を利用した拡張ナノ空間での非蛍光分子検出法の信号発生機構の検討2017

    • 著者名/発表者名
      津山慶之・馬渡和真・北森武彦
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第35回研究会
  • [学会発表] 拡張ナノ空間における水の熱物性解明に向けた熱拡散係数測定法の開発2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤言生・清水久史・馬渡和真・北森武彦
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第35回研究会
  • [学会発表] 拡張ナノ空間への応用を目的とした熱拡散係数測定法の開発2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤言生・清水久史・馬渡和真・北森武彦
    • 学会等名
      日本分析化学会 第66年会
  • [学会発表] SIMPLE AND ULTRA SENSITIVE DETECTION METHOD OF NON-FLUORESCENT MOLECULES IN EXTENDED-NANO SPACES UTILIZING LIGHT DIFFRACTION : INVESTIGATION OF SIGNAL GENERATION MECHANISM2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Tsuyama, K. Mawatari, and T. Kitamori
    • 学会等名
      RSC Tokyo International Conference 2017
    • 国際学会
  • [備考] 北森研究室ホームページ

    • URL

      http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/kitamori/

URL: 

公開日: 2018-12-17  

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