周期構造・高屈折率無機界面を有する高感度バイオチップの研究

2010 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22310076
• 研究機関: 独立行政法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 田和 圭子 独立行政法人産業技術総合研究所, 健康工学研究部門, 主任研究員 (80344109)
• 研究分担者: 梅津 光央 東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (70333846)
• キーワード: プラズモニックチップ / 周期構造 / 二重特異性抗体 / 増強蛍光 / バイオセンシング / 高感度検出 / 腫瘍マーカー

研究概要

臨床診断チップ開発を目指した高感度バイオセンシング技術の開発においては、マーカーの高感度検出技術とマーカー認識抗体をチップに高密度配列させる技術の両方が必要である。本研究では、産総研の周期構造基板(=プラズモニック基板)を利用した高感度蛍光計測技術と、東北大学大学院工学研究科の梅津光央准教授のZnO表面に特異的に結合する抗体断片を利用した抗体固定化技術の異分野融合によって、簡単な装置および操作でマーカータンパク質の高感度検出を実現した。
1)抗酸化亜鉛-抗Green Fluorescent Protein (ZnO-GFP)二量化抗体チップによるGFPセンシング基板構造のおよび成膜条件を検討した結果、ピッチ350nmの周期構造上に銀37±3nm+酸化亜鉛17±2nmを成膜することにより、マーカータンパク質green fluorescent protein (GFP)からの蛍光増強度を向上させることができた。このプラズモニックチップ上での抗原-抗体相互作用により、従来よりもGFPを高感度(10pM以下)かつ迅速(10分)に検出することに成功した。
2) 腫瘍マーカーセンシング
二次元周期構造は、対物レンズによる集光系を用いた顕微鏡による蛍光計測にはより威力を発揮するが、p-偏光を用いた入射系+光電子増倍管を用いた検出系では一次元構造のほうが有利であることがわかった。現在、1)と同様の構造をもつプラズモニックチップで、腫瘍マーカーEGFRの高感度検出にとりくんでおり、10分で700fMの検出に成功した。抗EGFR抗体の注入濃度をあげることにより、EGFRをより低濃度まで検出できることもわかった。

研究成果

• [雑誌論文] Material-binding peptide application -ZnO crystal structure control by means of a ZnO-binding peptide- (2011)
  • 著者名/発表者名: Takanari Togashi, Nozomi Yokoo, Mitsuo Umetsu, Satoshi Ohara, Takashi, Naka, Seiichi Takami, Hiroya Abe, Izumi Kumagai, and Tadafumi Adschiri
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 111 ページ: 140-145
  • DOI: DOI:10.1016/j.jbiosc.2010.09.013
• [雑誌論文] Sensitive bioimaging in microfluidic channels on the plasmonic substrate : Application of an enhanced fluorescence based on the reverse coupling mode (2011)
  • 著者名/発表者名: Keiko Tawa, Xiaoqiang Cui, Kenji Kintaka, Junji Nishii, Kenichi Morigaki
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology A : Chemistry 巻: (accepted)
  • 査読あり
• [雑誌論文] In-situ parallel imaging of micropatterned phospholipid membranes by surface plasmon microscopy and surface plasmon fluorescence microscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Tawa, K.Morigaki
  • 雑誌名: Colloids and Surfaces B : Biointerface 巻: 81 ページ: 447-451
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface profile dependence of the photon coupling efficiency and enhanced fluorescence in the grating-coupled surface plasmon resonance (2010)
  • 著者名/発表者名: Hironobu Hori, Keiko Tawa, Kenji Kintaka, Junji Nishii, Yoshiro Tatsu
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 巻: 107 ページ: 114702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protein-protein interactions and selection : generation of molecule-binding proteins on the basis of tertiary structural information (2010)
  • 著者名/発表者名: Mitsuo Umetsu, Takeshi Nakanishi, Ryutaro Asano, Takamitsu Hattori, Izumi Kumagai
  • 雑誌名: FEBS Journal 巻: 277 ページ: 2006-2014
  • 査読あり
• [学会発表] Sensitive and rapid detection of antigens on the plasmonic substrate with bisecific antibodies against antigen and ZnO surface (2010)
  • 著者名/発表者名: Keiko Tawa, Mitsuo Umetsu, Takamitsu Hattori, Izumi Kumagai
  • 学会等名: 20th MRS-Japan Academic Symposium
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 2010-12-22
• [学会発表] 10pM-antigens detection on the plasmonic substrate with bispecific antibodies against antigen and ZnO surface (2010)
  • 著者名/発表者名: Keiko Tawa, Mitsuo Umetsu, Takamitsu Hattori, Izumi Kumagai
  • 学会等名: Pacifichem 2010
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, USA
  • 年月日: 2010-12-16
• [学会発表] プラズモニックチップ上の増強蛍光を利用した高感度バイオセンシング (2010)
  • 著者名/発表者名: 田和圭子
  • 学会等名: 日本分光学会高感度表面・界面部会 第3回シンポジウム
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2010-12-02
• [学会発表] プラズモニック基板上でのZnO x GFP結合二重特異性抗体によるGFPの高感度検出 (2010)
  • 著者名/発表者名: 田和圭子、梅津光央、服部峰充、熊谷泉
  • 学会等名: 高分子討論会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2010-09-16
• [学会発表] 格子結合型SPRによる増強蛍光センシングバイオチップ3-高感度検出と非特異吸着抑制効果の評価- (2010)
  • 著者名/発表者名: 横田佳樹、田和圭子、西井準治、中沖隆彦
  • 学会等名: 高分子討論会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2010-09-15
• [学会発表] 東北大-産総研の連携IPインテグレーションによる高感度バイオセンシング技術の開発 (2010)
  • 著者名/発表者名: 田和 圭子、梅津 光央
  • 学会等名: 東北大学/産総研連携公開講演会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-07-28
• [学会発表] 表面プラズモン共鳴励起増強蛍光によるバイオセンシング (2010)
  • 著者名/発表者名: 田和圭子
  • 学会等名: 10-1高分子基礎物性研究会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2010-06-24
• [学会発表] Sensitive Fluorescence Microscopic Imaging with Plasmonic Substrate (2010)
  • 著者名/発表者名: Keiko Tawa, Xiaoqiang Cui, Kenji Kintaka, Junji Nishii
  • 学会等名: The international conference on nanophotonics 2010
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 2010-06-01
• [学会発表] 格子結合型SPRによる増強蛍光センシングバイオチップ1 (2010)
  • 著者名/発表者名: 横田 佳樹、田和 圭子、中沖隆彦、西井 準治
  • 学会等名: 高分子年次大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2010-05-27
• [学会発表] 格子結合型SPRによる増強蛍光センシングバイオチップ2 (2010)
  • 著者名/発表者名: 田和圭子、Cui Xiaoqiang、西井準治
  • 学会等名: 高分子年次大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2010-05-27
• [学会発表] 100 Times-Enhanced Fluorescence Detected on a Metal-coated Grating Biochip (2010)
  • 著者名/発表者名: Keiko Tawa, Junji Nishii
  • 学会等名: 7th International Conference on Optics-Photonics Design & Fabrication (ODF'10)
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 2010-04-20
• [産業財産権] 周期構造を有するマイクロプレート及びその製造方法 (2010)
  • 発明者名: 田和圭子
  • 権利者名: 産業技術総合研究所
  • 産業財産権番号: 特願2010-097110
  • 出願年月日: 2010-04-20