2015 Fiscal Year Annual Research Report
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26288068
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
原田 明 九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 教授 (90222231)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 超高感度分離検出 / 非蛍光性化学種 / 紫外レーザー分光 / 光熱変換 / ヘテロダイン検出 / 2色2光子励起 / 超高速液体クロマトグラフィー / 顕微イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、重要性が高く微量な生体・環境関連の溶液中化学種を、無修飾のままで単一分子検出レベルの高感度で検出できる手法の適用範囲を広げるための技術革新を期したものである。これら化学種の多くは紫外域にのみ光吸収を持ち、かつ、非蛍光性（低蛍光量子収率）である。このため、単一分子検出の従来法である蛍光法は、ラベル化操作無しでは全くの無力である。そこで、非蛍光性化学種の無標識・超高感度検出法として申請者らが開発してきた深紫外励起・多色増幅型光熱変換計測法を発展させた普及型装置の試作と合わせて、多色多光子吸収を利用した深紫外吸収帯の励起の実現等を図り、汎用性・高感度性・化学種選択性を併せ持つ非蛍光性化学種の無標識・超高感度検出技術の革新を図った。次の4つを柱に研究を遂行し、成果は逐次発表する。(Ⅰ)213nm励起光熱変換効果ヘテロダイン干渉検出系装置開発と性能評価。(Ⅱ)2色2光子励起光熱変換効果の原理的検証と装置化。(Ⅲ) ミクロ液体クロマトグラフィーとの結合による超高感度分離検出の検証。(Ⅳ) 顕微イメージングとの結合による表面ナノ粒子分散系への適用性能の実証。4年計画の2年目に当たる本年度は、(Ⅰ)の項目の前年度の成果をともに(Ⅲ)の検討を中心に進めた。
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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
本研究は、研究実績の概要で述べた4つを柱(Ⅰ)～(Ⅳ)を課題として研究を遂行している。(Ⅰ)では、(1)～(5)の5つの観点が設定しているが、特に、(2)屈折率変化高精度計測のためのヘテロダイン干渉計、(3)溶媒混合の早いミクロ流路系を用いたミクロHPLC、(5)流速・流量を考慮して設計した顕微光学系と試料セル部、に新たな課題が生じたものの、開発した装置を用いた分離検出に成功し、成果を公表した。新たな課題は、ミクロHPLCの長期間不安定性に起因するものである。この不具合を克服するために、新規に昨超高速液体クロマトグラフィーを別途導入し、分離条件の検討を進めた。既に、(Ⅰ)で開発した装置と結合し、予備的なデータ取得に成功している。
(Ⅰ)に関しては、(5)の観点に関する課題が残るものの、概ね検討を終了した。当初予定を繰り上げて(Ⅲ)の検討に着手し、既に予備的結果を得ている。
(Ⅱ)に関しては、昨年度試作した装置に改良を加えつつ、様々な実験条件下で2色2光子励起光熱変換信号検出を試みた。検出を検証するには至っていないが、問題点を整理しており、それに基づいて解決策を探る段階にある。一方、(Ⅳ)に関して、1光子励起検出での顕微イメージング装置により、光ビーム直径より細かい構造を観測する超解像の可能性があることを検証した。更なる高分解能化に向けた課題を整理済みである。
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| Strategy for Future Research Activity |
(Ⅱ)と(Ⅳ)に関しては、整理済みの課題にたいする解決策を探り、必要に応じて新規研究計画を策定する、
(Ⅲ)については、超高速液体クロマトグラフィーと接続した装置を用いて、生態関連アミノ酸（20種類）、5種類の核酸塩基、および多環芳香族塩素化物、ニトロ化物の幾つかについての分離条件を最適化する。セル形状に対する感度依存性が顕著であることから、各種セルを用いて検討を進める。その際、熱レンズ検出系においても感度が優れる場合が見られたことから、ヘテロダイン検出系との感度比較を検討する。セルを最適化した後、検出限界を求め、昨年度に引き続き以下の検討を進める。即ち、検出限界の目標を、溶液系で濃度検出限界<1nM、吸光度検出限界<10のマイナス7乗、絶対量検出限界～サブヨクトモルとする。また、無標識での単一分子カウンティングの実証が目標の一つであるが、検出感度が分子カウンティングレベルに達しなかった場合には、それぞれの試料系で、網羅的に測定を行って検出限界を整理し報告する。特に、検出感度が単一分子カウンティングレベルに近い化合物を見いだした場合には、励起光照射光学系部分に、試料溶液に増幅光を同時照射できるように改良を加えて測定を行い、多色増幅効果を用いた分子カウンティングのデモンストレーションを行う。なお、分離検出条件としては、界面活性剤添加系が光熱変換検出についても水系溶媒より有利であることが知られているので、応用途をより現実的な分離検出条件とすべく、界面活性剤添加も併用した逆相系での分離検出も検討する。
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