2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of printable sensors enabling molecular digital measurement for proteins and nucleic acids
| Project/Area Number |
20H02592
|
|---|
| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
高村 禅 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (20290877)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
浮田 芳昭 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (40578100)
廣瀬 大亮 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (20854673)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 1分子計測 / バイオセンサ / ディジタル計測 / タンパク質 / 核酸 / ＦＥＴセンサ / 酸化物ＴＦＴ / オープンサーキットポテンシャル |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度に行った、3つの課題について、成果を次にまとめる。
１．Open Circuit PotentialとOxide TFT arrayを用いた分子計数技術開発。電極に1次抗体を固定化し、抗原導入後、Ptナノ粒子を標識した抗体を結合させた。その後還元剤としてヒドラジンを導入すると、電極電位（Open circuit Potential：OCP）は電荷の蓄積により時間と共に減少した。ナノ粒子の条件、還元剤の条件、電極寸法依存性、電極材料を変化させ、より大きなOCP変化を起こす条件を調べた。また、その結果を触媒の電流と電極当たりの容量が、当初考えていたものよりかなり大きいということが分かった。これはより大きな信号が得られる反面、材料の消費を考慮する必要があることを意味する。
２．固体電解質ゲートTFTによる高性能核酸センサ開発。令和２年度は、本TFTの高感度の主因として、ゲート材料が効率よくセンサー信号をチャネルに集めるアンテナ効果を仮定し、その検証を主に行った。その結果、アンテナ効果はほぼ確認されたが、一方で、TFT構造やプロセス条件、測定条件など様々な要素が、特性に影響を及ぼすことが分かってきた。また、その一部が不安定であると、本TFTは非常に高感度なため、それが全体特性の不安定化につながっていることも見えてきた。
３．紙ベースディジタルELISA/PCR計測法の開発。ニトロセルロース膜の網目に抗体を固定化し、抗原を捕獲させる。捕獲した抗原1分子を核として選択的に色素塊を、肉眼でも見える大きさまで成長させることを試みる。より効率の良い増幅の候補として、2020年度は (i) ALP BCIP/NBTを用いた系、(ii)銀ナノ粒子で標識し、 銀イオンによる増感の系、を調べた。その結果、時間をかけると感度は高くなるが、ノイズも増え、今のところあまり良い感触は得られていない。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
概要で述べた3つの課題のうち、１．と２．の課題に関しては、予定通り進んでいる。３．は、元々チャレンジングな課題であり、簡単には進まない。しかし、実験数はかなり実施でき、多くのデータが得られ、そこから課題の本質が分かってきた。その意味で、おおむね順調に進んでいると評価する。
|
| Strategy for Future Research Activity |
3つの課題ごとに今後の計画の推進方策をまとめる。
１．Open Circuit PotentialとOxide TFT arrayを用いた分子計数技術開発。触媒の電流と電極当たりの容量が、当初考えていたものよりかなり大きいということが分かった。これはより大きな信号が得られる良い面がある一方で、材料の消費を考慮する必要があることを意味する。これらを踏まえ、令和３年度は、測定条件や測定系を見直して、材料消費の影響をなるべく受けない実験方法を探る。そのうえで、より大きなOCP信号を発生させる条件を検討し、１分子計測へつなげていく。
２．固体電解質ゲートTFTによる高性能核酸センサ開発。2020年度では、高感度故に、様々な要因が不安定原因になることが分かった。そこで、２０２１年度では、まず特性を不安定化させる要因を再度調査し、特性との関連性を調べる。これにより、よりハイレベルな部分で、デバイスを安定化させる。そのうえで、構造や、測定に関連する各パラメータの依存性を調べ、高感度化とメカニズムの解明につなげていく。
３．紙ベースディジタルELISA/PCR計測法の開発。(i) ALP BCIP/NBTを用いた系、(ii)銀イオンによる増感の系では、あまり良い結果がえられていないので、次の2021年度は、早めに、 (iii)Bridge Amplificationを用いた系を試みる。
|
Research Products
(9 results)
