| 研究課題/領域番号 |
20J23726
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| 研究機関 | 大阪府立大学 |
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研究代表者 |
川崎 大輝 大阪府立大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| キーワード | プラズモニクス / ナノフォトニクス / バイオセンサ |
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| 研究実績の概要 |
本年度は、以下の2項目を実施した。1)フォトニック結晶スラブ(PCS)/金ナノ粒子(AuNP)ハイブリッド構造によるDNA(認知症関連マーカー)検出機構を理論的に解明した。これまで、センサ感度と電場増強度との相関は確認済であった。そこで、PCS/AuNPハイブリッド共振器に対して、時間領域結合モード理論を適応した。AuNP表面のDNAがハイブリッド共振器に与える摂動を組み込むことで、本ハイブリッド共振器を理論モデル化した。またこのモデル化により、センサ応答原理は電場増強度で理論的に記述できることを明らかにした。さらに、一塩基多型DNAの識別能も本理論モデルにより説明できた。ハイブリッド共振器によるDNA検出・一塩基多型識別、および理論の解明は世界初である。また、理論モデルは、ハイブリッドセンサがあらゆる生体分子を検出できることを示しており、今後のナノフォトニクス基板バイオセンサに新たな展開とその指針を示した。本成果はElsevierのSens. Actuators B誌に掲載済である。2)ハイブリッドセンサの理論モデルにより、DNAのシトシンメチル化を識別できることが説明できる。そこで、ハイブリッドセンサによる非標識でのDNAメチル化識別を試みた。しかし、従来の反射分光法ではメチル化の識別は困難であることが明らかとなった。つまり、測定手法の分解能や感度、検出原理の改善が必要であった。そこで、ハイブリッド構造を用いた表面増強ラマン分光法を利用する方針に切り替え、ハイブリッド構造の共振波長633 nm励起によるラマン測定系を構築した。標準試料としてシリコン基板のラマンスペクトルの観察を確認した。今後は構築したラマン測定系を利用して、DNAメチル化識別の検討を実施する。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本年度はコロナ禍による自粛要請や在宅ワーク推進により、研究作業に充てられる時間が減少したことが第一の理由である。また、実験に必要な設備利用のための出張が制限されたことで、研究計画を変更せざるを得なかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は、フォトニック結晶スラブ(PCS)/金ナノ粒子(AuNP)ハイブリッドセンサによる極微量DNAメチル化解析の検討を行う。これまでにハイブリッドセンサの構造・作製条件を最適化し、DNA応答原理を理論的に解明した。これまでの知見をもとに、ハイブリッドセンサの局所増強場を利用した表面増強ラマン分光によるDNAメチル化解析を実施する。まず、ハイブリッドセンサを利用して、極微量(<100分子)DNAのラマン検出を検討する。既にハイブリッドセンサに適応するラマン分光装置を構築済みである。そこで、DNAラマン検出における測定条件を最適化し、感度・検出能を評価する。結果をもとに、ラマン分光におけるハイブリッドセンサの構造を再検討する。ハイブリッドセンサと測定条件の二項目間でのフィードバックにより、全体を最適化することで感度・検出能を向上させる。同時に、信号積算時間・測定面積を最小化する。これにより、高感度・高速ラマン分光系を構築する。最適化されたラマン分光系を利用して、DNAメチル化の検出・解析の検討を実施する。まず、検出可能なDNA分子数・識別可能なメチル化率を明らかにする。非標識でのメチル化識別が困難な場合、メチル化標識・機械学習による分析の二種の解析方法を検討する。メチル化標識には、メチル化認識抗体やプローブDNAを利用する。以上の実施項目を総合的に検討・改善することで、 単分子レベルでのDNAメチル化解析手法の構築を目指す。
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