| 研究課題/領域番号 |
20K06984
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| 研究機関 | 東北医科薬科大学 |
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研究代表者 |
佐藤 勝彦 東北医科薬科大学, 薬学部, 准教授 (80400266)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | ナノポア / イオン電流 / TDM / ニトロキシルラジカル |
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| 研究実績の概要 |
先端径がナノメートルサイズのナノポアピペットに種々の化学修飾を行い、イオン電流変化を指標としたセンシングシステムを確立する。これにより、これまで電気化学検出をすることができなかった薬剤に対する簡便・迅速・正確かつ効率的な測定法を開発し、少量の血液中に存在するTDM対象薬剤をリアルタイムで高感度に定量可能な技術を確立することを目的に研究を行った。イオン電流計測は、検出原理としてピペット径の電荷量変化および物理的変化を鋭敏にとらえ電気化学信号に変換する。このため、さまざまな分子間相互作用が利用可能であり、検出対象となる分子種が飛躍的に増加する。さらに、ナノピペットにおいては電極の微小化がシグナル減少とはならず、微小量分析にも有用である。本年度は下記について研究を行った。
ナノポアによるpH計測は、ナノポア周辺に被覆した高分子電荷質の酸解離平衡に由来する表面電荷とナノポアを通過するイオンとの相互作用に基づく。様々なナノポアセンサーが開発されてきたが、高分子そのもののpKaから目的とするpH計測に最適な高分子を選定するのがほとんどであった。また修飾方法も多様であるが、明確な指針がないまま開発が進められている。その一因は、実際の溶液中での表面電荷を正確に見積もることが困難なためである。そこで、電気化学計測により、基板上のポリマーの見かけのpKaを定量的に計測した。また、QCM測定により高分子の修飾状況をリアルタイムでモニターした。その結果、基板に直接修飾が困難であるポリマーも存在し、LbL法による修飾が有効であることが分かった。このように、見かけのpKaの電気化学的な手法による定量評価と、QCMによる修飾状況のリアルタイムモニター、LbLによるポリマー修飾法により、目的のpH付近でイオン電流が変化するナノポアpHセンサーの作製指針を示すことに成功した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
ナノポア表面の電荷状態の評価法を確立したので、次にニトロキシルラジカルを使った検出方法について検討した。ニトロキシルラジカルは酸化を酸化し生成されるオキソアンモニウムイオンは正電荷を有し、アルコールの存在により還元され電荷を消失する。この反応を利用し分子内に水酸基を持つ薬物の定量を試みた。はじめに、一般的なニトロキシルラジカル触媒であるTEMPOでは生理条件下において反応性が乏しいため実際の使用することは困難であることが予想されるため、ビシクロ骨格を利用した高活性なニトロキシルラジカル触媒の開発と種々の薬剤に対する反応性を評価している。また、ガラス基板へ効果的な固定化方法を調査している。この試みは現在も続けており、今後はこれらの有機分子食内をナノポア空間へ固定化し、イオン電流計測への応用を検討する。
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| 今後の研究の推進方策 |
新たに開発した、ビシクロ構造のニトロキシルラジカル化合物を使ったナノポアセンシングを試みる。また、従来のTEMPOにおいても効果的な計測方法を見出したためこれもイオン電流計測に応用する。副産物的に得られたこれらの知見をまとめて論文として報告する予定である。実査にナノポアピペットにニトロキシルラジカル化合物を固定化し薬物の計測を試みる。
新たな試みとして、ゲスト-ホスト化合物を使った薬物計測を試みる。ホスト化合物は空孔内にゲスト分子を取り込む性質がある。このことを利用して様々な分析手法が考案されたが、ゲスト-ホスト化合物を形成した際のシグナル取得に工夫が必要であった。特に電気信号として取り出す場合には精密な分子デザインと煩雑な有機合成が必要である。本研究では、ホスト化合物として、シクロデキストリン、ピラーアレーンを化学修飾しナノポアピペットに分子認識能力が獲得できるか調査する。対象とする薬剤は低分子であり電荷を有するリドカインやアプリンジンを候補とする。別に、フェニルボロン酸修飾ナノポアピペットを作製する。フェニルボロン酸はジオール化合物と自発的にエステル結合を形成し、このときボロン酸のpKaが低下するため負電荷を帯びる。ジオール構造を有するグリコペプチド系の抗生物質（バンコマイシン）やジギタリス製剤の検出を試みる予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナ禍により年度の前半は研究活動を十分に行うことが出来なかったため次年度使用額が生じた。また交付決定後の予算の減額により予定していた機器の購入をあきらめたことも原因である。次年度は、おくれた分を進めるためこの予算でアルバイトの学生を雇用する予定である。また、可能であれば共同研究者の施設に赴いて効率的に測定を行う。
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