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

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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。