| 研究課題/領域番号 |
24226003
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| 研究機関 | 横浜国立大学 |
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研究代表者 |
馬場 俊彦 横浜国立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50202271)
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| 研究分担者 |
西島 喜明 横浜国立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60581452)
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| 研究期間 (年度) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| キーワード | フォトニック結晶 / ナノレーザ / バイオフォトニクス / バイオマーカー / センシング |
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| 研究実績の概要 |
昨年度、原子層堆積法によりナノレーザに保護膜の被膜を行い、化学的な安定性を飛躍的に向上させた。また試料中の塩濃度を最適化することで、低濃度時の感度が最大化されることを見いだした。結果として前立線癌バイオマーカーのPSAを1pMから検出し、またアルツハイマー病の原因物質CRMP2をヒト由来の血液試料から検出することに成功した。これらはいずれも蛍光修飾を用いない現行のセンサよりも2桁以上の高感度を示しており、本センサの有効性が実証された。本年度はこのセンシング特性をさらに安定させた。具体的には、抗体を固定する際に中間層として用いる自己組織化膜の原子層堆積を試みた。同膜は現状で被膜率が10～50％と低いことで知られており、これを高めることによってセンサシグナルを大幅に向上させることができた。また非特異吸着の抑制や過剰な疎水性を抑制するエタノールアミンを界面活性剤として導入した。結果としてPSAを1fMから検出し、統合失調症のバイオマーカーと目されるCRMP1の検出にも成功した。その検出確率も大幅に改善した。またこれを応用し、環境毒素であるエンドトキシンを従来法よりも高速に検出することにも成功した。さらにこれらとは別に、DNAやタンパク質の表面電荷によってレーザ強度が変化することを見いだした。これによって、従来のレーザ波長を測定するセンシングだけでなく、レーザ強度からもセンシングが行えることを実証した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究は（１）センシングメカニズムの解明、（２）センシングシステムの構築、（３）実際のバイオマーカーセンシング、という３点について研究を計画していたが、（３）については当初の計画を前倒しして、実際のバイオマーカーが優れた感度で検出され、当初目標をほぼ達成した。（１）についてはこれほどの高感度の由来がいまだに不明確であるが、波長を測定するセンシングの他に強度を測定するセンシングが可能なことがわかり、高感度が表面電荷を含むナノレーザの物理に深く関わっていることが示唆された。すなわち（１）についてはやや遅れている部分と予想外の進展が得られたところが相半ばしている。（２）については当初の目標通りのシステムの構築を進めており、特にマイクロ流路の製作技術の確立、可搬センシングシステムの試作などは前倒しで進めている。つまり全体を総合すると、予定以上に進んでいると自己評価している。ただし学術論文による正式な発表がやや遅れており、今後、早急に投稿、掲載を目指したいと考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
前項で述べたように、（２）、（３）は順調に進んでおり、今後、さらに進める。一方、（１）について、特に高感度が得られるメカニズムの解明は本研究の最重要事項である。これにはデバイスの表面状態が深く関与していることが示唆されているほか、抗体修飾を含めた各種の前処理も大きく関連していると予想される。これまでは最終的なセンシング結果からその状況を判断してきたが、おおむね状況は把握できたので、より明確なメカニズム解明へ歩みを進めたい。その方法の一つは、原子層堆積による自己組織単分子膜の形成である。この膜はデバイスと有機物の仲介役を果たすが、一般に不安定で、被覆率も低いといわれている。デバイスの保護膜に続けて真空中でこの膜も連続形成し、続く修飾プロセスも迅速に実行することで、表面の安定性を飛躍的に向上させることを目指す。またその状況を蛍光タンパク質などによって直にモニターする。これによって最終的なセンシング結果との対応関係を明確化し、メカニズムを解明すると共に、感度や選択性など、センシング性能をさらに向上させることを狙う。
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