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

利用 DNA 构建异质纳米粒子阵列及其在光学器件中的应用

• 批准号: 21K04814
• 负责人: 宝田 徹
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04814/
• 关键词: 核酸; DNA; ナノ粒子; 自己組織化; 透過型電子顕微鏡

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。

Alien particle 2-dimensional アレイは, solar cell やセンサーへの応用がawait されている. This research focuses on the manufacturing technology and the self-organizing method of heterogeneous particles. The principle is that the short-locked DNA is covered with particles and the specific particles are used. One lock DNA is covered with particles, the high concentration condition is stable and dispersed, the complete complementary lock is added to the particle surface, the DNA is double locked, and the particles are straight and agglomerated (non-bridging type set). The base structure at the end of the DNA layer is strong and dependent, and the base layer at the top of the DNA layer is stable and dispersed.そこでThis research is based on では, completely complementary と terminal ミスマッチの double-locked DNA で-coated されたparticle を, repeated arrangement をもつ 1-lock DNA (鋳 type D NA) Interactive bonding, non-bridging type assembly, folding, induction, and 2-dimensional alien particle construction on the substrate. This year's は, ナノparticle 2-dimensional アレイをセンサーに応 is based on the するためのを行った.まず, double lock DNA modified したナノ particles に対して, さらにポリアクリル acid を surface にpay It is a good solution to the problem of aggregation and dispersion of pH changes and the success of the process. Specifically, in the case of silver nanoparticles, pH 3 means agglomeration and red color, and pH 7 means dispersion and yellow color. The pH change can be visually observed and the pH value can be changed visually. Second, the optimization of the double-lock DNA base arrangement, and the representative treatment of Nana The physiological activity (DNA cleavage activity) of イシンの薬 was determined by visual inspection and the measurement of システムを was made.さらに、このParticles が薬式 active のメカニズム Explain にも Effective なツールになることを実证した. Finally, DNA modified ナノ particles and DNA アプタマーを group み合わせることにより, grain へのPollution が social problem になっているオクラトキシンA (カビtoxic) をVisual 検出する行をEstablishment した. The purpose of this study is to use particle aggregates and food management tools.

项目成果

Refreshing DNA-Based Nanoprobes by Alcohol for Heavy Metal Detection: Toward Sustainable Sensing Nanomaterials

• DOI: 10.1021/acssuschemeng.2c05833
• 发表时间: 2023-01
• 期刊: ACS Sustainable Chemistry & Engineering
• 作者: Luyang Wang;Zhiyu He;Qianyuan Chen;Guoqing Wang;Xingguo Liang;T. Takarada;M. Maeda

DNA-Functionalized Silver Nanoparticles in an Alcoholic Solvent for Environment-Dictated Multimodal Actuation

• DOI: 10.1021/acsanm.2c01493
• 发表时间: 2022-07
• 期刊: ACS Applied Nano Materials
• 影响因子: 5.9
• 作者: Linying Kong;Luyang Wang;Yali Shi;Lin Peng;Xingguo Liang;Guoqing Wang;Hideyuki Mitomo;T. Takarada;K. Ijiro;M. Maeda

Introducing DNA Nanosensor to Undergraduate Students: Rapid Non-Cross-Linking Aggregation of DNA-Functionalized Gold Nanoparticles for Colorimetric DNA Assay

向本科生介绍 DNA 纳米传感器：用于比色 DNA 测定的 DNA 功能化金纳米颗粒的快速非交联聚集

• DOI: 10.1021/acs.jchemed.1c00605
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Chemical Education
• 影响因子: 3
• 作者: He Zhiyu;Ding Shansen;Wang Luyang;Wang Guoqing;Liang Xingguo;Takarada Tohru;Maeda Mizuo
• 通讯作者: Maeda Mizuo

DNA Base Pair Stacking-Induced Assembly of Gold Nanoparticles

DNA 碱基对堆积诱导的金纳米粒子组装

• 发表时间: 2021
• 作者: Tohru Takarada

Suppressed DNA base pair stacking assembly of gold nanoparticles in an alcoholic solvent for enhanced ochratoxin A detection in Baijiu

在酒精溶剂中抑制金纳米粒子的 DNA 碱基对堆积组装，用于增强白酒中赭曲霉毒素 A 的检测

• DOI: 10.1039/d3an00016h
• 发表时间: 2023
• 期刊: The Analyst
• 作者: He Zhiyu;Chen Qianyuan;Ding Shansen;Wang Guoqing;Takarada Tohru;Maeda Mizuo
• 通讯作者: Maeda Mizuo