プラズモニクスを利用した超高感度オプティカルセンサの開発と遺伝子解析への展開

利用等离子体技术开发超灵敏光学传感器及其在遗传分析中的应用

• 批准号: 20J23726
• 负责人: 川崎 大輝
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University (2022)Osaka Prefecture University (2020-2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J23726/
• 关键词: プラズモニクス; ナノフォトニクス; バイオセンサ; 光センサ

本年度は、フォトニック結晶スラブ(PCS)金ナノ粒子(AuNP)ハイブリッドセンサによる極微量DNAメチル化解析の検討を行った。まず、これまでに検討を行ってきたハイブリッドセンサの局所増強場を利用した表面増強ラマン分光によるDNAメチル化解析を実施した。昨年度に構築したハイブリッドセンサに適応できるラマン分光系を利用して、極微量(~ 100分子)DNAのラマン検出を検討した。センサ構造とラマン分光系の改良を行いつつ、DNAのラマン検出を試みたが、検出・解析できる信号強度が得られなかった。これは、ラマン励起できる基板PCS表面積に対して、PCS上に担持されるAuNR表面積が非常に小さく、さらに、AuNR上に固定されるDNA分子数が少ないために、十分な信号対ノイズ比が得られないことに起因するものである。そこで、ラマン励起できる表面全域にDNA分子を固定できる代替案として、フォトニック結晶上に金薄膜を堆積させたプラズモニック結晶の利用を着想した。まず、ラマン分光に適応できるプラズモニック結晶構造を計算と実測により評価・決定した。続いて、これまでの研究と同様、非標識でのDNA検出能を評価し、1 nMのDNA検出を達成した。続いて、同様にラマン分光によるDNA検出を試みたところ、1μMのDNAのラマン信号を検出できた。さらに、DNAのメチル化・非メチル化の識別を達成した。今後は、プラズモニック結晶の構造最適化と適応できるラマン分光系の改良により、より低分子数のDNAメチル化の識別が期待できる。

This year, we conducted a study on the analysis of DNA in the amount of gold particles (AuNP). The analysis of DNA by surface enhancement spectroscopy is carried out in the presence of enhanced field. Last year, the construction of a small amount of DNA (~ 100 molecules) was carried out The improvement of the structure of the system, the detection of DNA, the analysis of the signal intensity, and the detection of DNA. The surface area of PCS is very small, the number of DNA molecules is very small, and the signal ratio is very small. For example, if a DNA molecule is immobilized on the surface of a crystal, a gold thin film is deposited on the surface of the crystal. The crystal structure is calculated and measured. In this study, the same, non-labeled DNA assay was performed, and 1 nM DNA assay was performed. DNA detection in the same way, DNA detection in 1μM The identification of DNA and non-DNA is achieved. In the future, the optimization of crystal structure and the improvement of spectroscopic system are expected.

项目成果

Au nanorods-TiO2 photonic crystal plasmonic-photonic hybrid sensor for label-free detection and identification of DNA molecules with single nucleotide polymorphisms

Au纳米棒-TiO2光子晶体等离子体-光子混合传感器，用于无标记检测和识别具有单核苷酸多态性的DNA分子

• DOI: 10.1016/j.snb.2022.131747
• 发表时间: 2022
• 期刊: Sensors and Actuators B: Chemical
• 作者: Kawasaki Daiki;Yamada Hirotaka;Sueyoshi Kenji;Hisamoto Hideaki;Endo Tatsuro
• 通讯作者: Endo Tatsuro

検出装置および検出方法

检测装置及检测方法

• 发表时间: 2006

被検出物質の検出キット、検出システムおよび検出方法

分析物的检测试剂盒、检测系统和检测方法

• 发表时间: 2021

Wavelength-tunable dual-band edge plasmon mode based on gold edge-hole plasmonic nanostructure

• DOI: 10.1016/j.rinp.2022.105541
• 发表时间: 2022-04-27
• 期刊: RESULTS IN PHYSICS
• 影响因子: 5.3
• 作者: Yamada，Hirotaka;Kawasaki，Daiki;Endo，Tatsuro
• 通讯作者: Endo，Tatsuro

プラズモニック/フォトニック複合構造体による高感度DNA解析

使用等离子体/光子复合结构进行高灵敏度 DNA 分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Nishitsuji Ryosuke;Ueda Shotaro;Sueyoshi Kenji;Hisamoto Hideaki;Endo Tatsuro;中島悠佑，川崎大輝，末吉健志，久本秀明，遠藤達郎;中島悠佑，川﨑大輝，末吉健志，久本秀明，遠藤達郎;藤原聡子，川﨑大輝，末吉健志，久本秀明，遠藤達郎;西辻凌輔，植田渉太郎，末吉健志，久本秀明，遠藤達郎;川﨑大輝，末吉健志，久本秀明，遠藤達郎
• 通讯作者: 川﨑大輝，末吉健志，久本秀明，遠藤達郎