磁性ナノ粒子－生体分子間相互作用による磁気緩和の変調と高感度バイオセンシング

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核酸、タンパク質、糖鎖等の生体高分子を標的として相互作用できるように表面機能化を行った酸化鉄ナノ粒子と各種生体高分子との相互作用を、交流磁場下での磁気緩和により評価する研究を遂行した。その中で、磁性ナノ粒子の表面機能化を行った磁性粒子ラベルの作製、交流磁化計測装置開発、データ科学的手法を用いた交流磁化の周波数スペクトル解析を行った。前年度より行っている22塩基の単鎖DNAの検出においては、DNAのハイブリダイゼーションが効率的かつ特異的に起こる溶液条件の探索を入念に行った。その結果、溶液中の塩濃度によって、その効率と特異性が変化し、塩濃度の調整がセンシングにとって重要であることを見出した。具体的には塩濃度が増加するとハイブリダイゼーションの効率は上がるが、特異性が低下した。つまり、1塩基違いのDNAを見分けるには塩濃度を適切な濃度まで低下させることが必要であることがわかった。また、これまでにセンシングを行っていた反応溶液は主に水を用いていたが、ハイブリダイゼーションの効率の点から、特異性が失われない程度に塩濃度を高めた溶液中での磁性粒子ラベルの分散安定性向上が新たな課題となった。交流磁化計測装置開発においては、生体分子と磁性ナノ粒子プローブとの間の複雑かつ不均一な生化学反応を交流磁化状態から計測するために、低周波数領域での精密な計測が必要であることから、従来の周波数特性分析器に代わり、より高い信号対雑音比の得られるロックインアンプを導入した。その結果、低周波数領域では10Hzまでしか計測できなかったものが、4Hzまで計測できるようになった。それに伴い、低周波数側でスペクトルをより広く計測できることとなった。交流磁化の周波数スペクトル解析においては、他の分野でも行われている緩和時間分布解析の手法を取り入れ、より高い分解能でタンパク質濃度測定ができる可能性を示した。