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2015 年度 実績報告書

ナノ構造物のフォノン輸送を用いた革新的バイオセンサーの創成

研究課題

研究課題/領域番号 26286035
研究機関大阪大学

研究代表者

平尾 雅彦  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (80112027)

研究分担者 草部 浩一  大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (10262164)
中村 暢伴  大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (50452404)
荻 博次  大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (90252626)
小野 輝男  京都大学, 化学研究所, 教授 (90296749) [辞退]
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードナノメカニックス
研究実績の概要

石英基板上に数μm角、厚さ30nmのAuナノプレートアレイチップを開発し、個々のナノプレート上に抗原を固定化し、アレイチップ上に標的蛋白質を含む検体溶液をフローするシステムを開発した。石英基板の裏側から極短パルス光を照射して、ナノプレートを一つ一つ加熱してフォノンを励起し、検出用のパルス光によりプレート内に存在するフォノン検出するシステムである。プレートから固定化蛋白質および結合標的蛋白質を介してフォノンが輸送される現象をモニタリングすることにより、標的蛋白質を検出する原理である。理論計算も行い、フォノン輸送の応答が標的蛋白質の厚さの変化とともに特徴的な変化を示すことを見出し、実際に、実験においてもこれを再現することに成功した。この新しいバイオセンサーを用いて、前立腺癌のマーカー蛋白質の検出を試みた。検出感度は疾患診断レベルに達していたが、フロージのベースラインの安定性に課題を残した。また、ナノブリッジ内を伝播するガイド波の励起と検出を試みた。ガイド波のモード特定にはいたらなかったが、予想通りのフォノ輸送波形が得られていることを確認した。

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

色収差の無い 150倍の対物レンズを用い、また、ミラーレンズ機構を取り入れて、超高速フォノン輸送現象を局所的に観測することのできるシステムをほぼ確立することができた。ナノプレートアレイの開発およびフォノン輸送現象の実験的理論的確認にも成功し、実際のバイオマーカーの検出にも至っている。以上より、順調に研究開発が遂行できている。

今後の研究の推進方策

フォノン輸送現象のより深い理解により、さらに感度と安定性を向上させることが可能と思われる。理論解析をさらに進め、標的ごとのフォノン輸送現象の特徴を確認して、測定条件を最適化してゆく。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Impact of interface stiffness in surface-wave resonances on nano-strip-attached substrates2016

    • 著者名/発表者名
      H. Ogi, S. Masuda, A. Nagakubo, N. Nakamura, M. Hirao, K. Kondou, and T. Ono
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 93 ページ: 024112

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.93.024112

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Refractive index and extinction coefficient of Si at 400 nm between 10 and 300 K2015

    • 著者名/発表者名
      A. Nagakubo, H. Ogi, and M. Hirao
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 118 ページ: 085302

    • DOI

      10.1063/1.4928959

  • [学会発表] Elastic properties of piezoelectric crystals2016

    • 著者名/発表者名
      荻博次
    • 学会等名
      International Symposium of Ferroelectric Materials Toward Energy Harvesting
    • 発表場所
      Ryukoku University Avanti Kyoto Hall, Kyoto
    • 年月日
      2016-02-24
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Thin-Film Elastic Constants and Their Temperature Behaviors Studied by Picosecond Ultrasound Spectroscopy2015

    • 著者名/発表者名
      荻博次
    • 学会等名
      6th International Symposium on Acoustic Wave Devices for Future Mobile Communication Systems
    • 発表場所
      Keyaki Hall, Chiba University
    • 年月日
      2015-11-24
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Guided wave propagation in a 2-D patterned nano-bridge studied by picosecond ultrasonics2015

    • 著者名/発表者名
      長久保白、岩上慈、荻博次、谷口卓也、小野輝男、平尾雅彦
    • 学会等名
      第36回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
    • 発表場所
      つくば国際会議場
    • 年月日
      2015-11-06
  • [学会発表] タンパク質を介するフォノン輸送を利用したマイクロドット大規模多チャンネルバイオセンサー2015

    • 著者名/発表者名
      岩上 慈, 荻 博次, 長久保 白, 平尾 雅彦, 谷口 卓也, 小野 輝男
    • 学会等名
      日本機械学会 熱工学カンファレンス2015
    • 発表場所
      大阪大学コンベンションセンター
    • 年月日
      2015-10-25
  • [学会発表] Surface-wave resonance on substrates with copper nanowires2015

    • 著者名/発表者名
      Hirotsugu Ogi, Shoichi Masuda, Akira Nagakubo, Masahiko Hirao
    • 学会等名
      IEEE International Ultrasonic Symposium 2015
    • 発表場所
      Taipei International Convention Center
    • 年月日
      2015-10-23
    • 国際学会
  • [学会発表] タンパク質を横切るフォノン輸送を利用したマイクロドット大規模多チャンネルバイオセンサー2015

    • 著者名/発表者名
      岩上慈、荻博次、長久保白、平尾雅彦、谷口卓也、小野輝男
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場
    • 年月日
      2015-09-13
  • [学会発表] Ultrafast Heat Transport Across Protein Layer: The Microdot Biosensor Array2015

    • 著者名/発表者名
      荻博次、岩上慈、石田秀士、長久保白、平尾雅彦
    • 学会等名
      The 15th International Conference on Phonon Scattering in Condensed Matter
    • 発表場所
      University of Nottingham, Nottingham, United Kingdom
    • 年月日
      2015-07-12
    • 国際学会

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公開日: 2017-01-06  

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