血清中のバイオマーカーを多種同時定性・定量分析可能なπ共役高分子アレイの創製

创建能够同时定性和定量分析血清中多种生物标志物的π共轭聚合物阵列

基本信息

批准号：
21H01780
负责人：
南豪
金额：
$ 11.32万
依托单位：
The University of Tokyo
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

项目摘要

リン酸やカルボン酸などを含むオキソアニオン類は生体内にユビキタスに存在しており，様々な疾病のバイオマーカーとなり得るために，無機リン酸を含む多種多様なオキソアニオンの同時分析は重要である。とりわけ成人の血清中に存在する無機リン酸の濃度異常が慢性腎臓病，副甲状腺機能低下症を引き起こす原因となることが報告されている。本研究では，血清中のバイオマーカー類の同時定性・定量分析を目指して，π共役高分子半導体を組み込んだ有機トラジスタ型センサを開発した。半導体分子が自己組織的に並び機能するトランジスタの特性は，ゲート電極の電位変化によって制御される。従って，ゲート電極で標的種を捕捉する仕組みを設計・実装することで，センシングによるゲート電極/水溶液の間の電位変化をトランジスタの閾値電圧や電流値の変化として定量的に読み出すことが出来るようになる。ここでは，標的オキソアニオン類を捕捉するために，ジピコリルアミン-銅(II)イオン錯体を自己組織化単分子膜 (SAM)として採用した化学センサの設計・開発を行った。SAMの界面は，多数の認識場が秩序高く一様に並んだ面となり，化学センサでは，効率良く標的種を捕捉するための検出部位となり得る。さらに，人工分子認識材料が織りなす交差応答性は，多成分分析の実現において重要な指紋パターンを作り出すための鍵となる。13種のオキソアニオン種に対する当該センサの応答パターンを線形判別分析で迅速に解析し，定性分析 (種の判別) を行ったところ，全オキソアニオン種は100%の精度で分類され，標的種の化学構造に由来した分類を達成した。更なる挑戦として，機械学習を用いてヒト血清に存在するリン酸イオンの定量分析 (未知濃度の予測) を行ったところ，実サンプル中で2点の未知濃度を予測することに成功した。

包括磷酸盐和羧酸在内的氧气在体内存在普遍存在，并且可以成为多种疾病的生物标志物，因此对包括无机磷酸盐在内的各种氧抗药的同时分析很重要。据报道，成年人血清中存在的无机磷酸盐浓度异常，尤其是成年人的磷酸盐可能会引起慢性肾脏疾病和甲状腺功能低下。在这项研究中，我们开发了一种有机传统型传感器，该传感器结合了π共轭聚合物半导体，目的是对血清中生物标志物的同时定性和定量分析。半导体分子以自组织方式排列的晶体管的特征受栅极电势的变化控制。因此，通过设计和实施一种用栅极电极捕获目标物种的机制，可以定量读取栅极电极/水溶液之间的潜在变化，这是因为感应是晶体管的阈值电压和电流值的变化。在这里，我们设计并开发了使用二甲胺 - 铜（II）离子复合物作为自组装单层（SAM）的化学传感器来捕获靶氧。 SAM的界面是一个有序的，均匀布置的表面，具有许多识别场，化学传感器可以用作有效捕获目标物种的检测位点。此外，人工分子识别材料产生的交叉反应是在实现多组分分析时创建重要的指纹模式的关键。使用线性判别分析和定性分析（物种歧视）迅速分析了传感器对13种氧anion物种的响应模式，并以100％的精度对所有氧anion物种进行了分类，从而获得了源自目标物种的化学结构的分类。作为另一个挑战，我们使用机器学习对人血清中存在的磷酸离子（预测未知浓度的预测）进行了定量分析，并成功地预测了实际样品中的两个未知浓度。

项目成果

期刊论文数量（77）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

A polythiophene-based chemosensor array for Japanese rice wine (sake) tasting

用于日本米酒（清酒）品尝的聚噻吩化学传感器阵列

DOI：
10.1038/s41428-021-00521-y
发表时间：
2021
期刊：
Polymer Journal
影响因子：
2.8
作者：
Lyu Xiaojun;Matsumoto Akira;Minami Tsuyoshi
通讯作者：
Minami Tsuyoshi

East China Normal University, Shanghai(中国)

华东师范大学，上海（中国）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

A polythiophene-based chemosensor array for sake tasting (kikizake)

用于清酒品尝的基于聚噻吩的化学传感器阵列（kikizake）

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Xiaojun Lyu;Akira Matsumoto;Tsuyoshi Minami
通讯作者：
Tsuyoshi Minami

A WATER-GATED ORGANIC TRANSISTOR WITH A MICROFLUIDIC SYSTEM FOR REAL-TIME DETECTION OF GLYPHOSATE

具有微流控系统的水门有机晶体管，用于实时检测草甘膦

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kohei Ohshiro;Koichro Asano;Pierre Didier;Nicolas Lobato-Dauzier;Anthony J. Genot;Tsukuru Minamiki;Teruo Fujii;Tsuyoshi Minami
通讯作者：
Tsuyoshi Minami

パターン認識を活用した有機トランジスタ型化学センサによるオキソアニオン検出

使用使用模式识别的有机晶体管型化学传感器检测含氧阴离子