医療現場での感染症や遺伝子迅速診断のためのフォトニックDNAバイオセンサーの開発

感染症診断、がん診断、遺伝子解析といった医学領域で、体液（尿、血液、粘液）由来の核酸（DNA、RNA）を対象とした高感度検出技術への要求が増している。本研究グループはこれまでに、DNAの固有の分子認識能力と電子移動特性に焦点を当て、核酸の高感度検出を可能にする光電気化学センサーの開発に取り組んできた。本研究では、より迅速かつ感度の高い検出技術の確立を目指し、DNAの分子認識と金ナノ粒子（AuNP）表面の近接場を統合した光応答システムの基本原則を確立した。また、極微量の核酸の迅速な検出を可能にする新たなフォトニックDNAセンサーの開発を進めてきた。これまでの実験から、DNAの二本鎖形成を利用して電極に金ナノ粒子を配置し、近接場光で光増感分子を励起した結果、光電流が発生することを実証した。また、金ナノ粒子を積層させて近接場光を増強するナノ構造体を構築することで、電流が増加することが分かった。次に、電極表面でDNAのハイブリダイゼーション連鎖反応（HCR）を利用した電流増幅について調べた。ターゲット核酸をトリガーとしたHCRを行った後に、DNAに光増感分子を結合させると、結合数の増加に伴い光電流が増加することを示した。また、ポリヌクレオチドを合成する酵素TdTを用いて電極表面上でDNAを伸長させる反応を利用することで、光電流の増強が可能であることを示した。さらに、ATPなどの小分子やトロンビンタンパク質に結合するアプタマーを利用した光電流センサーの開発も進めた。これらの結果から、新たに開発したフォトニックDNAセンサーが核酸検出バイオセンサーとしての高い有用性を持つことを示している。今後、体液から核酸を高感度に検出するための新しいツールとしての応用が期待できる。

感染症診断、がん診断、遺伝子解析といった医学領域で、体液（尿、血液、粘液）由来の核酸（DNA、RNA）を対象とした高感度検出技術への要求が増している。本研究グループはこれまでに、DNAの固有の分子認識能力と電子移動特性に焦点を当て、核酸の高感度検出を可能にする光電気化学センサーの開発に取り組んできた。本研究では、より迅速かつ感度の高い検出技術の確立を目指し、DNAの分子認識と金ナノ粒子（AuNP）表面の近接場を統合した光応答システムの基本原則を確立した。また、極微量の核酸の迅速な検出を可能にする新たなフォトニックDNAセンサーの開発を進めてきた。これまでの実験から、DNAの二本鎖形成を利用して電極に金ナノ粒子を配置し、近接場光で光増感分子を励起した結果、光電流が発生することを実証した。また、金ナノ粒子を積層させて近接場光を増強するナノ構造体を構築することで、電流が増加することが分かった。次に、電極表面でDNAのハイブリダイゼーション連鎖反応（HCR）を利用した電流増幅について調べた。ターゲット核酸をトリガーとしたHCRを行った後に、DNAに光増感分子を結合させると、結合数の増加に伴い光電流が増加することを示した。また、ポリヌクレオチドを合成する酵素TdTを用いて電極表面上でDNAを伸長させる反応を利用することで、光電流の増強が可能であることを示した。さらに、ATPなどの小分子やトロンビンタンパク質に結合するアプタマーを利用した光電流センサーの開発も進めた。これらの結果から、新たに開発したフォトニックDNAセンサーが核酸検出バイオセンサーとしての高い有用性を持つことを示している。今後、体液から核酸を高感度に検出するための新しいツールとしての応用が期待できる。