DNA機能化グラフェン素子による空中浮遊ウイルスの特異的センシング技術の開発

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本研究では、室内等の大気中に浮遊するウイルスを特異的にその場でセンシングすることを目的として、「グラフェンをチャネルとした電子素子を作製し、そのグラフェンチャネル表面上に設計した１本鎖DNAを化学修飾することにより、大気中に浮遊するウイルスを特異的に認識し、電気的にセンシングする」ことである。2022年度では、インフルエンザウイルスのスパイクタンパク質であるヘマグルチニンの液相中での検出を、グラフェンデバイスを用いて行った。その結果、DNAの配列により、ヘモグルチニンの検出感度が向上することを明らかし、さらに、検出感度が向上したDNAの配列を用いて、溶液中のカリウムの濃度を変化させた場合に、DNAの構造がどのように変化し、さらにヘモグルチニンの検出感度にどのような影響を与えるのかを調べた。一本鎖DNAをフォールディングする際、KClの濃度を変化させ、円二色性(CD)測定でDNAの立体構造を評価した。KClの濃度が高い場合にはG4構造が形成されるが、KClの濃度が低くなるにつれ、DNAのランダム構造が増加することが分かった。G4構造の割合異なる種々条件でフォールディングしたDNAをグラフェンチャネルに修飾し、溶液中でヘマグルチニンの検出を行った。その結果、G4構造の割合が多いほど、より低濃度のヘマグルチニン検出ができることが明らかになった。これは、DNAのG4構造とヘモグルチニンの結合力がより強いためであると考えられる。しかしながら、G4構造を形成したDNAを用いた場合にも、KClの無い溶液環境下ではG4構造が崩れ、ヘマグルチニンの高感度検出が困難であることが分かった。