時間分解プラズモン励起発光イメージングを用いたノロウイルス検出システム研究

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26246008
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 藤巻 真 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 電子光技術研究部門, 研究グループ長 (10392656)
• 研究分担者: 香川 景一郎 静岡大学, 電子工学研究所, 准教授 (30335484) ; 谷口 孝喜 藤田保健衛生大学, 医学部, 教授 (40094213) ; 染谷 雄一 国立感染症研究所, ウイルス第二部, 主任研究官 (50283809) ; 守口 匡子 藤田保健衛生大学, 医学部, 講師 (60298528) ; 白土 東子 (堀越東子) 国立感染症研究所, ウイルス第二部, 主任研究官 (60356243) ; 久保田 智巳 国立研究開発法人産業技術総合研究所, バイオメディカル研究部門, 主任研究員 (90356923) ; 芦葉 裕樹 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 電子光技術研究部門, 研究員 (90712216)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: バイオセンサ / 表面プラズモン共鳴 / 蛍光増強 / CMOSイメージセンサ / 時間分解測定 / 交差反応性ノロウイルスファージ抗体 / 抗体の結晶化

研究実績の概要

ノロウイルス(NoV)のウイルス様粒子(VLP)、12A11抗体及び抗NoVポリクロナール抗体を用い、Alを表面プラズモン共鳴励起層に用いたV溝プラズモンバイオセンサーによってVLP検出試験を行い、測定領域内にVLPがおよそ100粒子あれば検出可能であることを示した。また、センサーチップの自家蛍光によるノイズ成分と蛍光色素による信号光を区別するために、時間分解イメージングによって蛍光寿命の差を用いた信号分離を行うことによってノイズと信号成分の分離ができることを示した。蛍光寿命測定用システムは、高時間分解CMOSイメージセンサを用いて開発を行った。多成分の蛍光寿命分離のために、励起光と撮影タイミングを自動走査する機能をカメラに内蔵し、また、オンラインでの蛍光寿命画像表示を可能としたことにより、より簡便に時間分解画像を取得することが可能となった。
プローブ開発では、12A11抗体の性状解析を行い、この抗体がGII.4遺伝子型株だけでなく他の遺伝子型株のVLPのウイルス吸着因子への結合も阻害することが明らかになり、12A11抗体の交差反応性の高さを実証できた。12A11抗体の抗原認識機構を明らかにするために、抗体のFabへの組み替え、大量発現、結晶化実験を行った。メタノール資化性酵母を発現宿主とする分泌発現系を樹立、精製用のタグなどのコンストラクトの最適を行い、1精製ロットあたり1.2 mgの精製抗体を得ることに成功し、この精製標品から結晶を得て、X線回折像を確認することができた。また、12A11を含む6つの抗NoVファージ抗体に対し、44人の健常人血清を用いたエピトープブロッキングELISAを行って、ファージ抗体と同じエピトープを認識する抗体が生体内で誘導されているかを調べたところ、いずれも誘導されており、6抗体が感染防御や感染症治癒に役立っていることが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Detection of norovirus virus-like particles using a surface plasmon resonance-assisted fluoroimmunosensor optimized for quantum dot fluorescent labels (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Ashiba, Y. Sugiyama, X. Wang, H. Shirato, K. Moriguchi, K. Taniguchi, Y. Ohki, M. Fujimaki
  • 雑誌名: Biosensors and Bioelectronics 巻: 93 ページ: 260-266
  • DOI: 10.1016/j.bios.2016.08.099
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A programmable sub-nanosecond time-gated 4-tap lock-in pixel CMOS image sensor for real-time fluorescence lifetime imaging microscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: M. -W. Seo, Y. Shirakawa, Y. Masuda, Y. Kawata, K. Kagawa, K. Yasutomi, S. Kawahito
  • 雑誌名: ISSCC Dig. Tech. Papers 巻: - ページ: 70-71
  • DOI: 10.1109/ISSCC.2017.7870265
  • 査読あり
• [雑誌論文] A high performance multi-tap CMOS lock-in pixel image sensor for biomedical applications (2017)
  • 著者名/発表者名: M. -W. Seo, Y. Shirakawa, K. Kagawa, K. Yasutomi, S. Kawahito
  • 雑誌名: Photonics West 2017, Proc. SPIE 巻: 10076 ページ: 100760V-1-6
  • DOI: 10.1117/12.2255951
• [雑誌論文] Design of an 8-tap CMOS lock-in pixel with lateral electric field charge modulator for highly time-resolved imaging (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Shirakawa, M-W. Seo, K. Yasutomi, K. Kagawa, N. Teranishi, S. Kawahito
  • 雑誌名: Photonics West 2017, Proc. SPIE 巻: 10108 ページ: 101080N-1-8
  • DOI: 10.1117/12.2251788
• [雑誌論文] Detection of extremely low concentrations of biological substances using near-field illumination (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Yasuura, M. Fujimaki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6:39241 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1038/srep39241
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] An external force-assisted near-field illumination biosensor for detection of extremely low concentrations of biological substances (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Fujimaki
  • 学会等名: The 24th Congress of the International Commission for Optics
  • 発表場所: 京王プラザホテル(東京)
  • 年月日: 2017-08-21 – 2017-08-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 極低濃度のバイオ物質を検出するには (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤巻 真
  • 学会等名: Joint International Workshop of WFF&WFSM
  • 発表場所: 北海道大学(北海道)
  • 年月日: 2017-03-02 – 2017-03-05
  • 招待講演
• [学会発表] A programmable sub-nanosecond time-gated 4-tap lock-in pixel CMOS image sensor for real-time fluorescence lifetime imaging microscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: M. -W. Seo, Y. Shirakawa, Y. Masuda, Y. Kawata, K. Kagawa, K. Yasutomi, S. Kawahito
  • 学会等名: 2017 IEEE International Solid- State Circuits Conference
  • 発表場所: San Francisco Marriott, San Francisco (USA)
  • 年月日: 2017-02-05 – 2017-02-09
  • 国際学会
• [学会発表] A high performance multi-tap CMOS lock-in pixel image sensor for biomedical applications (2017)
  • 著者名/発表者名: M. -W. Seo, Y. Shirakawa, K. Kagawa, K. Yasutomi, S. Kawahito
  • 学会等名: Photonics West 2017
  • 発表場所: Moscone Center, San Francisco (USA)
  • 年月日: 2017-01-28 – 2017-02-02
  • 国際学会
• [学会発表] Design of an 8-tap CMOS lock-in pixel with lateral electric field charge modulator for highly time-resolved imaging (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Shirakawa, M-W. Seo, K. Yasutomi, K. Kagawa, N. Teranishi, S. Kawahito
  • 学会等名: Photonics West 2017
  • 発表場所: Moscone Center, San Francisco (USA)
  • 年月日: 2017-01-28 – 2017-02-02
  • 国際学会
• [学会発表] A Lateral Electric Field Charge Modulator with Bipolar-gates for High Time-Resolved Imaging (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Morikawa, K. Yasutomi, S. Imanishi, T. Takasawa, K. Kagawa, N. Teranishi, S. Kawahito
  • 学会等名: 3rd International Workshop on Image Sensors and Imaging Systems
  • 発表場所: 東京工業大学(東京都)
  • 年月日: 2016-11-17 – 2016-11-18
  • 国際学会
• [学会発表] V溝バイオセンサーによる免疫アッセイ (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤巻 真
  • 学会等名: 生物化学的測定研究会 第21回 学術シンポジウム
  • 発表場所: 産業技術総合研究所関西センター(大阪府)
  • 年月日: 2016-11-11 – 2016-11-11
  • 招待講演
• [産業財産権] 光学的検出方法及び光学的検出装置 (2017)
  • 発明者名: 安浦雅人、藤巻真、芦葉裕樹、島隆之
  • 権利者名: 産業技術総合研究所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: PCT/JP2017/006759（ＷＩＰＯ）
  • 出願年月日: 2017-02-23
  • 外国
• [産業財産権] 光学的検出方法及び光学的検出装置 (2016)
  • 発明者名: 安浦雅人、藤巻真、芦葉裕樹
  • 権利者名: 産業技術総合研究所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2016-090662
  • 出願年月日: 2016-04-28
• [産業財産権] 標的物質検出装置及び標的物質検出方法 (2016)
  • 発明者名: 安浦雅人、藤巻真、芦葉裕樹、島隆之
  • 権利者名: 産業技術総合研究所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2016-232382
  • 出願年月日: 2016-11-30
• [産業財産権] 標的物質検出装置及び標的物質検出方法 (2016)
  • 発明者名: 安浦雅人、藤巻真、芦葉裕樹、島隆之
  • 権利者名: 産業技術総合研究所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2016-232383
  • 出願年月日: 2016-11-30
• [産業財産権] 光学的検出方法及び光学的検出装置 (2016)
  • 発明者名: 安浦雅人、藤巻真、芦葉裕樹、島隆之
  • 権利者名: 産業技術総合研究所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2016-245113
  • 出願年月日: 2016-12-19