Pioneering Separation and Measurement Technologies Based on Zinc Oxide Nanowires

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本研究は、酸化亜鉛ナノワイヤ特有の性質を活かして、分離や精製、濃縮など分析に不可欠な化学操作を1枚のプレート上で行うためのオンプレート型分離計測デバイスを開発し、臨床等の現場において実用可能な質量分析技術を確立することを目指している。本年度は、酸化亜鉛ナノワイヤプレート表面の化学修飾に加え、3Dプリント技術を駆使して、プレート上に枠や仕切りなど物理的な障壁を構築し、滴下した試料の拡がりや展開溶媒の流れの制御を試みた。具体的な成果は以下の通りである。まず、物理的な壁によって強制的に拡散を抑制する本法では、フレーム表面への試料成分の吸着やフレームからの化学成分の溶出（コンタミネーション）の問題が危惧される。そこで、フレームを構成する光硬化性樹脂の影響を詳細に調査した。適切な樹脂を選択し、硬化後に十分に洗浄することで、吸着によるロスやフレームからの化学物質の溶出は実用レベルにおいてまったく問題ないことを確認した。続いて、色素試料を用いてフレーム内での試料の拡がり具合を観察し、フレームの設置によりコーヒーリング効果（局在化）が解消されることを確認した。質量分析イメージングの結果でも、フレーム内のすべての位置で均一な信号強度が得られており、フレームの設置は感度と再現性の向上に有効であることを実験的に示した。最後に、本技術を血中薬物濃度の迅速分析に応用した。血液中の薬物はタンパク質に結合した状態で存在しており、タンパク質結合体としての薬剤のイオン化効率は極めて低い。そこで、酸化亜鉛ナノワイヤプレート上でタンパク質に結合した薬剤を解離させ、さらにTLC展開により薬剤とタンパク質との分離を試みた。メタノールを解離、抽出、展開のための溶媒として用いることで、タンパク質から解離させた薬剤を感度よく測定することに成功した。