| 研究課題/領域番号 |
18K05322
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| 研究機関 | 兵庫県立大学 |
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研究代表者 |
山名 一成 兵庫県立大学, 工学研究科, 特任教授 (70192408)
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| 研究分担者 |
高田 忠雄 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (60511699)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | DNA / バイオセンサー / プラズモニクス / 光電流 / 電気化学 |
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| 研究実績の概要 |
病気診断や医療応用が可能な検査技術の開発を目的として、核酸(DNA, RNA)の相補配列認識や分子認識機能を利用したバイオセンサーの開発が広く行われている。本研究では、超高感度電気化学DNAセンサーの開発を目指し、DNAの分子認識機能と金属ナノ粒子表面の近接場光を組み合わせた光電流応答システムの基本原理を確立し、極微量の核酸の検出や標的核酸の塩基配列読み出しを光電流によって行うバイオセンサーの開発に関する研究を行った。具体的には、(1) 金ナノ粒子表面に生じる近接場光を利用した電子移動系の構築、(2) 近接場光によってシグナルを増幅する光応答電極デバイスの作製と評価、(3) 光電流によるターゲット核酸（特に癌のバイオマーカーとして注目されているmiRNA）の検出システムの開発、に関する研究を進めてきた。これまでに、DNAのハイブリダイゼーションによって金ナノ粒子を電極表面に配列、積層させたナノ構造体を構築し、光増感分子を共存させることで光電流が大きく増加することが分かった。光電流強度の増加は分子の吸収スペクトルと金ナノ粒子のプラズモン吸収の重なりが重要であることが分かった。また、光増感分子と金ナノ粒子表面間の距離に光電流強度が依存することを実証した。ターゲット核酸が存在する（二本鎖形成）によって光電流が増加することを明らかにし、核酸検出システムへの応用が可能であることが示された。さらに、G-四重鎖構造やi-motif構造を形成するDNAを金ナノ粒子表面に修飾した複合体を作製し、近接場光によるDNA構造変化とそれに由来する酵素活性制御についての研究を行った。
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| 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
光応答を示す色素分子のポルフィリンやペリレンジイミドを導入するDNAを表面に修飾した電極が光電流応答を示すことを明らかにした。また、金ナノ粒子を電極表面に固定し、近接場光によって光電流が増強されることを実証した。さらに、核酸の二本鎖形成によって光電流強度が変化することを利用すれば、標的核酸の検出が可能であることが示された
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| 今後の研究の推進方策 |
これまで作製したDNA/AuNP複合体修飾電極の光電流の増強効果を高めるため、サイズの異なる金ナノ粒子の積層化や、異なるサイズの金ナノ粒子を複合化させ、より緻密にAuNPを積層させた構造体を構築し、さらなる光電流増幅を試みる。またDNA長や機能性色素の数や位置、ナノ粒子間距離を変えた電極設計を通じてデバイス性能を高める。さらに、検出ターゲットとなるDNAやRNAが存在することで光電流が生じるデバイスを設計し、標的分子の検出限界について検討を進める。これらの近接場光による光電流強度の増強の最適化を行いつつ、またナノ粒子の積層化やDNAの連続的な構造変化に基づくシグナル増幅システムを組み合わせることで、微量の標的核酸(DNA, RNA)をPCR-freeで直接検出可能な光センサーの開発を目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
実験に必要な実験器具消耗品等またDNA合成試薬、金ナノ粒子溶液も当初の予定ほどは消費しなかった。その分を今年度の試薬購入費に充てる計画である。
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