Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

リン脂質 / 免疫診断 / バイオチップ / 高感度分析 / 生体適合性ポリマー / バイオ分子固定化表面

本年度は昨年度に引き続き、高感度なEnzyme-linked immunosorbent assay(ELISA)システムを実現し、マイクロチップでの高感度測定を目的とした免疫診断用チップの基板開発を中心に行った。昨年度までに、非特異的な二次抗体の吸着反応によって誘起されるノイズを低減させ、特異的シグナルを増加させる目的で、脂質二重膜の表面構造を模倣したリン脂質ポリマーで形成し、活性エステル基を介してリン脂質中に抗体を固定化させることのできるリン脂質ポリマー(poly[2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine(MPC)-co-n-butylmethacrylate(BMA)-co-p-nitrophenyloxycarbonyl poly(ethylene glycol)methacrylate(MEONP)]:PMBN)を合成した。しかし、抗体固定化能と非特異的なノイズを低減可能な特性をあわせもつPMBNは、ノイズの低減は達成されたが、特異的シグナルが通常の固定化法と比べて1/5程度に減少してしまう結果となった。そこで、本年度はエレクトロスプレー法を用いてナノ構造体を形成し、表面に抗体固定化部位を多くもつリン脂質膜の作製を行った。ナノ粒子状の3次元構造に抗体を固定化することで、シグナルのみを増幅する表面が形成できた。マイクロチップにおける反応部位は、通常のウエルタイプのプレートと比較してかなり小さいため、ウエルタイプと同様の検出方法では測定ができないため、このシグナルのみを向上させる抗体固定化表面は、マイクロチップELISAシステムに最適な表面であると考えられ、この表面を用いて発光検出型のマイクロチップELISAシステムを構築した。その結果低濃度から高濃度領域まで感度よく微量成分の検出を短時間で実現することが可能となり、微量検体から極微量成分を分析するマイクロンステムにおいては、均質な二重膜構造をもつ表面よりナノ粒子構造の表面形成が適していることを見いだした。また、QCMセンサを用いたイムノアッセイについても検討した。PMBNをセンサー基板上に単層膜としてポリマーが修飾されている表面が非特異的吸着によるノイズレベルの減少につながった。このことから検出手法に適した界面設計が必要であることが示された。

生体分子認識 / ナノ流路 / バイオチップ / 表面電位 / 生体適合性ポリマー / 微細加工プロセス / 界面電気化学 / DNA / 絶縁薄膜 / シリコン

石英などのガラス基板やポリマー基板を用いて、分子認識バイオチップのプロセス技術の確立を行った。基盤技術としては、(1)バイオ分子が吸着しない界面創製、(2)分子認識原理の探索、を検討した。具体的には、半導体微細加工プロセス技術を駆使して石英基板にナノギャップを有する流路を形成し、キャピラリーゾーン電気泳動法によりDNAのサイズ分離を評価した。またマイクロ・ナノ流路内へバイオ分子が吸着することを抑制するため、タンパク質や細胞等の吸着抑制能に優れるリン脂質系の生体適合性ポリマーバイオマテリアルをベースとした新規マテリアルの合成を行い、DNAの吸着特性の評価を行った。さらに、電気浸透流の制御に、DNAがナノ流路内壁へ付着することを抑制し、かつ様々な表面ゼータ電位をもつリン脂質ポリマーを創製した。DNAの検出に関しては、ナノ流路を流れる電流による電気化学的検出を試みた。電気化学検出は、蛍光検出と比較し、蛍光ラベルが必要ない検出方法である。そのため、DNAや、タンパク質といった生体分子の蛍光ラベル化による構造変化を引き起こすことなく検出できるという利点をもつ。ナノ流路を流れるDNAの速度、および分離能は、電気浸透流と電気泳動により制御される。そのためゼータ電位、および印加電圧をパラメータとして、電気化学検出が可能であるかを検討し、DNAのサイズ分離検出に成功した。さらに、ナノ空間で使用するポリマーにおいては、分子量の乱れの少ない特性が重要な制御因子であることがわかった。そのため、マイクロ流路内壁から直接ポリマーをグラフトさせる高精密合成の手法を探り、光グラフト重合によりポリマー修飾が可能であることを示した。

【研究分担者】
石原一彦	東京大学	大学院工学系研究科	教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
石原一彦	東京大学	大学院・工学系研究科	教授	(Kakenデータベース)
渡邉順司	東京大学	大学院・工学系研究科	助手	(Kakenデータベース)