DNAを用いる異種ナノ粒子アレイの構築と光学デバイスへの応用

異種ナノ粒子の２次元アレイは、太陽電池やセンサーへの応用が期待されている。本研究は、これらの製造技術になることを目指し、異種粒子の自己組織化法を開発している。原理として、短鎖DNAで覆われた粒子が示す特異なコロイド挙動を用いる。一本鎖DNAで覆われた粒子は、高塩濃度条件でも安定に分散するが、完全相補鎖を加えて粒子表面のDNAを二重鎖にすると、粒子は直ちに凝集する（非架橋型集合）。この集合はDNA末端の塩基対構造に強く依存し、DNA層の最表面に一塩基ミスマッチがあると粒子は安定に分散する。そこで本研究では、完全相補と末端ミスマッチの二重鎖DNAで被覆された粒子を、反復配列をもつ一本鎖DNA（鋳型DNA）に交互に結合させ、これに非架橋型集合による折りたたみを誘起して、基板上に異種粒子の２次元アレイを構築する。本年度は、ナノ粒子の２次元アレイをセンサーに応用するための基礎検討を行った。まず、二重鎖DNAで修飾したナノ粒子に対して、さらにポリアクリル酸を表面に付着させることにより、pH変化に応答して凝集・分散するシステムの構築に成功した。具体的には、銀ナノ粒子の場合はpH 3で凝集して赤色を示し、pH 7では分散して黄色を示す粒子系が得られた。pH変化を目視検出できるセンサーへの応用が期待できる。次に、二重鎖DNAの塩基配列を最適化し、代表的ながん治療薬であるブレオマイシンの薬理活性（DNA切断活性）を目視判定できる測定システムを作成した。さらに、この粒子が薬理活性のメカニズム解明にも有効なツールになることを実証した。最後に、DNA修飾ナノ粒子とDNAアプタマーを組み合わせることにより、穀物への汚染が社会問題になっているオクラトキシンA（カビ毒）を目視検出する系を確立した。本研究のナノ粒子集合体が食品管理にも応用できることが示唆された。

異種ナノ粒子の２次元アレイは、太陽電池やセンサーへの応用が期待されている。本研究は、これらの製造技術になることを目指し、異種粒子の自己組織化法を開発している。原理として、短鎖DNAで覆われた粒子が示す特異なコロイド挙動を用いる。一本鎖DNAで覆われた粒子は、高塩濃度条件でも安定に分散するが、完全相補鎖を加えて粒子表面のDNAを二重鎖にすると、粒子は直ちに凝集する（非架橋型集合）。この集合はDNA末端の塩基対構造に強く依存し、DNA層の最表面に一塩基ミスマッチがあると粒子は安定に分散する。そこで本研究では、完全相補と末端ミスマッチの二重鎖DNAで被覆された粒子を、反復配列をもつ一本鎖DNA（鋳型DNA）に交互に結合させ、これに非架橋型集合による折りたたみを誘起して、基板上に異種粒子の２次元アレイを構築する。本年度は、ナノ粒子の２次元アレイをセンサーに応用するための基礎検討を行った。まず、二重鎖DNAで修飾したナノ粒子に対して、さらにポリアクリル酸を表面に付着させることにより、pH変化に応答して凝集・分散するシステムの構築に成功した。具体的には、銀ナノ粒子の場合はpH 3で凝集して赤色を示し、pH 7では分散して黄色を示す粒子系が得られた。pH変化を目視検出できるセンサーへの応用が期待できる。次に、二重鎖DNAの塩基配列を最適化し、代表的ながん治療薬であるブレオマイシンの薬理活性（DNA切断活性）を目視判定できる測定システムを作成した。さらに、この粒子が薬理活性のメカニズム解明にも有効なツールになることを実証した。最後に、DNA修飾ナノ粒子とDNAアプタマーを組み合わせることにより、穀物への汚染が社会問題になっているオクラトキシンA（カビ毒）を目視検出する系を確立した。本研究のナノ粒子集合体が食品管理にも応用できることが示唆された。