2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Digital Bio-Molecular Device and Biomedical Applications
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15H05769
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
民谷 栄一 大阪大学, 工学研究科, 教授 (60179893)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉川 裕之 大阪大学, 工学研究科, 助教 (00314378)
斉藤 真人 大阪大学, 工学研究科, 助教 (80457001)
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| Project Period (FY) |
2015-05-29 – 2020-03-31
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| Keywords | バイオセンサー / ナノバイオデバイス / BioMEMS / 生体分析 / 医療診断 / プラズモニクス / 電気化学発光 / デジタルデバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金ナノ粒子の触媒作用を用いた電気化学発光や銀ナノ構造を印刷電極上にスパッタ法により形成させ、電気化学ー表面増強ラマン分光を用いた高感度な生体分子の計測を実現した。すでに、金ナノ粒子が活性酸素を生成することが見出されており、これに抗体を結合させることにより電気化学発光を原理とした免疫センサーを構築した。これは、酵素に代わる標識材料としても注目される。印刷電極上にスパッタなどにより銀のナノ構造を作成し、これを用いたSERS測定では、SERSのみに比べ、印刷電極に電位を印加することにより、より高感度に測定することが示された。マイクロ流路を用いてオイルに囲まれた液滴＝ドロップレットを微小区画として1分子DNAを封じ込めてPCRを行うデジタルドロップレットPCR (ddPCR) に注目し、重力に代わり遠心力で生じる相対重力加速度に置き換える事で、浮力を制御して液滴挙動を迅速化する空間領域ddPCRへの展開を試みた。往復蛇行流路を中心に向かうに従い流路傾斜を大きくするよう設計し、液滴挙動の観察を行ったところ、ドロップレット移動速度を等速安定化することができた。さらに薬剤耐性菌遺伝子（IMP-6）を指標に用いて遠心促進浮力駆動ドロップレットPCRを行ったところ、IMP-6 DNAの有無によってDNA増幅（蛍光強度差）が可能であることが確認された。一方、集光レーザー照射によるo-フェニレンジアミン分子の自己触媒的酸化重合反応を利用した我々独自の光ピックアップ型バイオセンシング技術の迅速・高感度化を進めた。遠心力により未反応抗体の洗浄が可能なディスク型チップを改良し、従来型と比較して測定時間を1/5まで迅速化とサンプル量の1/50まで微量化することに成功した。国際会議ECUST-OU Symposium 2018を開催し、本成果の発表および啓蒙にも務めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
金ナノ粒子の触媒作用により電気化学発光が誘発できることを初めて見出し、これを用いてデジタルバイオ分析に向けた基礎データーの入手を行うことができた。特に温度やpHの条件の最適化により、昨年度より高感度を実現した。これに金ナノ粒子をデジタル的に捉える可能性についても検討した。さらにこれを用いたイムノアッセイへの応用を検討した。また、迅速高感度な光ピックアップ式マイクロELISAシステムにおいては、レーザー集光場で誘起される自己触媒的酸化重合反応メカニズムの検証、ディスク型チップによる微量・迅速・高感度なバイオマーカー測定の実証に成功し、デジタルバイオ分子センシング実現に向けた研究およびデバイス開発が順調に進んでいる。また、局所的な光電場増強やプラズモン誘起反応のための貴金属ナノ構造作製法として、可視光照射領域に選択的に銀ナノ構造を作製する独自のプラズモニックめっき法を開発し、極微領域でのプラズモン特性や電気電子特性の制御に成功し、デジタルバイオ分子センシングの実現に繋がる成果が得られている。さらに、遠心浮力駆動型デジタルドロップレットPCRに向け、マイクロ流路チップおよび温調回転装置を試作した。ドロップレット生成からPCRまでを確認できており、順調に進んでいる。また、印刷電極上にスパッタ法により形成させた銀ナノ構造を用いた電気化学ー表面増強ラマン分光などを用いたデジタルバイオ分析への可能性についても進めることができ、順調に進展した。さらに、国際会議を開催し、成果発表を積極的に行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
遠心浮力駆動型デジタルドロップレットチップについては、生成ドロップレットの熱環境中における安定性に課題がある。オイル種、界面活性剤種、流路形状、ヒーター位置（回転中心からの距離、遠心力に関係する）、酵素試薬組成などを検証し、改良を進める。また、チップ樹脂についてバリア性の高い樹脂の検討も試みる。改良試作デバイスをもとに、液滴生成と移動速度制御、熱分布状況、これらに伴う増幅反応への影響を評価検証と最適化を行い、薬剤耐性遺伝子や自己免疫疾患遺伝子のデジタル検出による診断評価を検討する。金ナノ粒子電気化学発光システムにおいても集積型のアレイ電極を作成し、デジタル分析へのデーター入手を試みる予定である。電気化学ー表面増強ラマン計測を用いた系においても最適化を図り、デジタル分析への検討を加える。
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