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

使用分子/光学信息转换纳米介体的大容量多重分子传感

• 批准号: 21H01844
• 负责人: 小倉 裕介
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Osaka University
• 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-21H01844/
• 关键词: ナノメディエータ; DNAナノマシン; 光符号化; FRET

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。

这项研究旨在创建一种有效地获取涉及各种分子的大量信息的方法，并旨在开发纳米介体，以介入生物分子信息和光学信息之间并执行这些转换，并阐明其在多分子传感中的能力。研究主题将以三种方式进行：1。使用光学DNA纳米机器的DNA结构操纵方法构建分子检测，2。使用Felster共振能量传递（FRET）网络开发光学编码，以及3。使用纳米代理来评估传感/成像。今年，我们一直在进行数值计算和实验，以证明光学编码方法并改善功能，并积累了多个分子传感的基本数据。首先，我们通过实验证明，使用由DNA结构实现的编码器，荧光光谱对分子输入的响应发生变化。此外，通过基于能量传输模型进行操作模拟，应用了用于识别代码的算法以确认可以识别每个代码。此外，研究了一种使用激发光谱作为识别信息的新方法，发现可以获得与荧光光谱相当的性能。激发光谱的测量不需要在检测侧的光谱，这可能简化了系统。接下来，基于先前的结果，我们设计了一个系统，该系统同时使用纳米化剂检测两种类型的分子。实施了该系统并进行了实验，以表明可以估计要检测到的分子的相对浓度。这使我们能够确认多分子传感的基本功能。此外，研究了肿瘤成像的应用。

项目成果

A wavelength-selectively excitable fluorescence system based on FRET towards photonically addressable nanoscale light sources

基于 FRET 的波长选择性可激发荧光系统，用于可光子寻址的纳米级光源

• 发表时间: 2022
• 作者: Yusuke Ogura;Keita Hayashi;Takehiro Mori;Suguru Shimomura;Takahiro Nishimura;Jun Tanida
• 通讯作者: Jun Tanida

蛍光の光アドレシングと符号化

荧光光寻址和编码

• 发表时间: 2022
• 作者: 中山 大輝;毛利真一郎;福田安莉;高林佑介;正直花奈子;三宅秀人;荒木努;小倉 裕介，林 啓太，下村 優，西村 隆宏，谷田 純
• 通讯作者: 小倉 裕介，林 啓太，下村 優，西村 隆宏，谷田 純

FRETネットワークを用いた蛍光タグの識別性能評価

利用FRET网络评估荧光标签的识别性能

• 发表时间: 2021
• 作者: Lichtenegger Antonia;Baumann Bernhard;Yasuno Yoshiaki;林 啓太，小倉 裕介，下村 優，西村 隆宏，谷田 純
• 通讯作者: 林 啓太，小倉 裕介，下村 優，西村 隆宏，谷田 純

Experimental Verification of Fluorescence Tags Using FRET Networks Responding to Molecular Inputs

使用响应分子输入的 FRET 网络对荧光标签进行实验验证

• 发表时间: 2022
• 作者: Keita Hayashi;Yusuke Ogura;Suguru Shimomura;Takahiro Nishimura;Jun Tanida
• 通讯作者: Jun Tanida

FRETネットワークを用いた蛍光タグ

使用 FRET 网络的荧光标记

• 发表时间: 2021
• 作者: Lichtenegger Antonia;Tamaoki Junya;Licandro Roxane;Mori Tomoko;Mukherjee Pradipta;Bian Lixuan;Greutter Lisa;Makita Shuichi;W?hrer Adelheid;Matsusaka Satoshi;Kobayashi Makoto;Baumann Bernhard;Yasuno Yoshiaki;小倉 裕介，林 啓太，下村 優，西村 隆宏，谷田 純
• 通讯作者: 小倉 裕介，林 啓太，下村 優，西村 隆宏，谷田 純