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

使用 DNA 功能化石墨烯器件开发针对空气传播病毒的特定传感技术

基本信息

批准号：
21H01336
负责人：
前橋兼三
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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-21H01336/
关键词：
ウイルスグラフェン電子素子モニタリング

项目摘要

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。

在这项研究中，以特异性感测在大气中的病毒，例如在室内，原位，“通过使用石墨烯作为通道的电子设备创建电子设备，并在石墨烯通道表面设计的化学修饰的单链DNA，因此在大气中浮在大气中漂浮的病毒被特异性地识别出来并引起电气感应。”在2022年，使用石墨烯装置在液相检测到了一种用于流感病毒的峰值蛋白。结果，据揭示了DNA序列可以提高血凝素的检测敏感性，此外，我们研究了使用具有改善的检测敏感性的DNA序列改变溶液中钾的浓度时，DNA的结构如何变化，以及如何影响血糖素蛋白的检测敏感性。当折叠单链DNA时，会变化KCL的浓度，并通过圆形二色性（CD）测量评估DNA构象。发现高浓度的KCl形成了G4结构，但是随着KCL的较低，DNA的随机结构会增加。在不同的条件下以不同比例的G4结构折叠的DNA被修改为石墨烯通道，并在溶液中检测到黑凝集素。结果表明，G4结构的比例越高，可以检测到血凝素的浓度较低。这被认为是由于DNA和血谷蛋白的G4结构的结合强度更强。但是，即使使用具有G4结构的DNA，也发现在没有KCL的溶液环境中会破坏G4结构，因此很难以高灵敏度检测出血凝素。

项目成果

期刊论文数量（5）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

グラフェンFETを用いたヘマグルチニン検出におけるDNAアプタマーの立体構造依存性

使用石墨烯 FET 检测血凝素时 DNA 适体的构象依赖性

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
中村日向子;生田昂;北川雄大;塚越かおり;池袋一典;前橋兼三
通讯作者：
前橋兼三

DNAアプタマー修飾グラフェンを用いたインフルエンザウイルスの電気的検出

使用 DNA 适体修饰石墨烯电检测流感病毒

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
武末栞奈;中村日向子;光谷健悠;生田昂;塚越かおり;池袋一典;前橋兼三
通讯作者：
前橋兼三

グラフェンの合成とセンサを中心にした機能性デバイスの開発

石墨烯合成及以传感器为核心的功能器件开发

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kosuke Fujishima;Amila Kariyawasam;Joji Maeda;金澤誠司;前橋兼三
通讯作者：
前橋兼三

Electrical detection of influenza virus based on DNA aptamer-modified graphene

基于DNA适配体修饰石墨烯的流感病毒电学检测

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kanna Takematsu;Takashi Ikuta;Kaori Tsukakoshi;Kazunori Ikebukuro and Kenzo Maehashi
通讯作者：
Kazunori Ikebukuro and Kenzo Maehashi

疾病の早期発見、安心安全社会の実現のためのナノカーボン次世代センサ開発

开发下一代纳米碳传感器，以早期发现疾病并实现安全可靠的社会

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kiya Hitoshi;Maung April Pyone Maung;Kinoshita Yuma;Imaizumi Shoko;Shiota Sayaka;TATSUNO Wataru and TAKEUCHI Keigo;金澤誠司;前橋兼三
通讯作者：
前橋兼三