分子・光情報変換ナノメディエータを用いた大容量多重分子センシング

本研究では、多様な分子が関わる大容量情報を効率的に取得する手法の構築をめざし、生体分子情報と光情報の間に介在し、これらの変換を行なうナノメディエータを開発し、多重分子センシングにおける能力を明らかにすることを目的とする。研究課題として、1.光DNAナノマシンを用いた分子検出に伴うDNA構造操作法の構築、2.フェルスター共鳴エネルギー移動（FRET）ネットワークによる光符号化法の開発、3.ナノメディエータを用いたセンシング/イメージングの評価の3つを進めていく。今年度は、数値計算と実験により光符号化法の実証と高機能化を進め、多重分子センシングにおける基本的なデータを蓄積した。まず、DNA構造体により実装した符号化器を用いて、分子入力に応答して蛍光スペクトルが変化することを実験的に示した。また、エネルギー移動のモデルに基づく動作シミュレーションを行い、符号化光の識別アルゴリズムを適用することにより、各符号が識別可能であることを確認した。さらに励起スペクトルを識別情報として用いる新たな手法を検討し、蛍光スペクトルと同等の性能が得られることがわかった。励起スペクトルの測定においては検出側での分光が不要であり、システムを簡便化できる可能性がある。次に、これまでの成果をもとに、ナノメディエータを用いて２種類の分子を同時検出する系を設計した。この系を実装して実験を行い、検出対象分子の相対濃度を推定できることを示した。これにより多重分子センシングにおける基本機能を確認できた。また、腫瘍イメージングへの応用について検討を進めた。

本研究では、多様な分子が関わる大容量情報を効率的に取得する手法の構築をめざし、生体分子情報と光情報の間に介在し、これらの変換を行なうナノメディエータを開発し、多重分子センシングにおける能力を明らかにすることを目的とする。研究課題として、1.光DNAナノマシンを用いた分子検出に伴うDNA構造操作法の構築、2.フェルスター共鳴エネルギー移動（FRET）ネットワークによる光符号化法の開発、3.ナノメディエータを用いたセンシング/イメージングの評価の3つを進めていく。今年度は、数値計算と実験により光符号化法の実証と高機能化を進め、多重分子センシングにおける基本的なデータを蓄積した。まず、DNA構造体により実装した符号化器を用いて、分子入力に応答して蛍光スペクトルが変化することを実験的に示した。また、エネルギー移動のモデルに基づく動作シミュレーションを行い、符号化光の識別アルゴリズムを適用することにより、各符号が識別可能であることを確認した。さらに励起スペクトルを識別情報として用いる新たな手法を検討し、蛍光スペクトルと同等の性能が得られることがわかった。励起スペクトルの測定においては検出側での分光が不要であり、システムを簡便化できる可能性がある。次に、これまでの成果をもとに、ナノメディエータを用いて２種類の分子を同時検出する系を設計した。この系を実装して実験を行い、検出対象分子の相対濃度を推定できることを示した。これにより多重分子センシングにおける基本機能を確認できた。また、腫瘍イメージングへの応用について検討を進めた。