微細孔を利用した高感度なゲート型バイオセンサの開発と応用

高灵敏微孔门控生物传感器的研制及应用

基本信息

批准号：
19J14006
负责人：
奥山浩人
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、多孔質膜が有するサブミクロンスケールの微細孔に注目した、高感度かつ迅速なバイオセンサーの開発を目的とする。膜細孔内における高密度なレセプター導入に加え、細孔中への検体の積極的な透過を利用することによって、従来よりも感度、迅速性の点で優れたバイオセンサーの開発を目指した。昨年度は、過去に用いてきたアビジン-ビオチン相互作用を利用したセンシング法に加え、抗原-抗体系による認識へと応用展開することに成功した。ウシ血清アルブミン(BSA)をモデル抗原として行った検出試験では、従来の酵素結合免疫吸着法(ELISA法)の1/6の時間にもかかわらず、同等以上のシグナル特性を発現させることができた。本年度は、この膜型センシングシステムのさらなる応用に向けて、実用的なバイオマーカーの検出を目指した。標的分子として、炎症マーカーとして知られるインターロイキン6を選択し、サンドイッチ型のイムノアッセイを検証した。膜型センサーの作製では、活性エステル法を用いた手法ではなく、銅フリーClick反応を利用することで、高効率に抗体を細孔内に固定することができた。化学工学モデル計算に基づき、二次抗体溶液の透過時間及び濃度の改善を行うことによって、数十分の検出時間にも関わらず、感度をpg/mlスケールまで向上させることに成功した。さらに、DNAアプタマーを検出に利用するための諸検討も行われた。本検討は電気化学インピーダンス分光法を主に用いて行われ、細孔内にアプタマーを固定する際、シグナルを増幅するための適切なアプタマー密度が存在することが示唆された。以上より、本研究では提案する膜型バイオセンサーの実用への展開に向けた実践的検討が行われ、今後本システムを在宅やベッドサイドなどで用いるための重要な知見が得られた。

这项研究旨在开发高度敏感和快速的生物传感器，重点是多孔膜的亚微孔微孔。除了在膜孔中引入高度致密的受体外，我们还旨在通过利用标本的主动渗透到孔中来开发一种生物传感器，其敏感性和速度比传统方法相比具有优越性。去年，除了使用过去使用过的抗生物素 - 生物素相互作用的传感方法外，我们还成功地将其应用于抗原抗体识别。在使用牛血清白蛋白（BSA）作为模型抗原进行的检测试验中，尽管是常规酶联免疫吸收方法（ELISA），但仍能表达相同或更大的信号特性。今年，我们旨在检测实用的生物标志物，以进一步应用这种膜传感系统。白介素6（称为炎症标记物）被选为靶分子，并验证了三明治型免疫测定。在制造膜传感器时，可以通过使用无铜点击反应而不是使用活性酯方法来以高效率将抗体固定在毛孔中。通过根据化学工程模型计算改善二级抗体溶液的渗透时间和浓度，尽管检测时间为几十分钟，但仍将灵敏度成功提高到PG/mL量表。此外，已经进行了各种研究以使用DNA适体进行检测。这项研究主要是使用电化学阻抗光谱进行的，这表明在将适体固定在孔内时，存在适当的适体密度以扩大信号。从上面的研究中，这项研究对拟议的膜生物传感器的实际应用进行了实践研究，并获得了重要的知识，以在家中或在床边使用该系统的未来使用。