Development of photonic crystal nanocavity arrays for epigenomic analysis

本研究の目的は、バイサルファイト法等煩雑な操作の必要なく①可視領域の光でDNA鎖中シトシン塩基のメチル化に起因するわずかな分子量・構造変化を屈折率変化として高感度に直接検出可能な光学素子「フォトニック結晶(Photonic crystal: PhC)ナノ共振器」をアレイ状に配置したデバイスを設計・開発し、②DNA鎖のメチル化率を非染色かつゲノムワイドで網羅的に解析可能にし、③アルツハイマー病・癌等各種疾病とDNAメチル化の相関を明らかにすることにある。当該年度では、①ナノインプリントリソグラフィーを用いたフォトニック結晶ナノ共振器作製に使用する高屈折率層堆積条件の検討、②屈折率応答評価、③DNAハイブリダイゼーション検出・メチル化シトシン検出、の三項目を実施した。ナノインプリントリソグラフィーを用いたフォトニック結晶ナノ共振器作製に使用する高屈折率層堆積条件の検討では、屈折率の異なる材料をフォトニック結晶上へ堆積し、特性評価を行うことで、高感度にエピゲノム解析が行うこととが可能な材料の選定を行った。屈折率応答評価では、フォトニック結晶上で異なる屈折率を有する試料溶液を滴下、光学特性変化を観察した。その結果、①で使用した材料の中で、高感度に光学特性変化を示す材料を明らかにすることができた。エピゲノム解析では、これまでDNAハイブリダイゼーションによるフォトニック結晶周囲の屈折率変化からメチル化シトシンの有無判定を行っていたが、抗原抗体反応を利用することで、よりメチル化の有無を明確にすることができるようになった。

本研究の目的は、バイサルファイト法等煩雑な操作の必要なく①可視領域の光でDNA鎖中シトシン塩基のメチル化に起因するわずかな分子量・構造変化を屈折率変化として高感度に直接検出可能な光学素子「フォトニック結晶(Photonic crystal: PhC)ナノ共振器」をアレイ状に配置したデバイスを設計・開発し、②DNA鎖のメチル化率を非染色かつゲノムワイドで網羅的に解析可能にし、③アルツハイマー病・癌等各種疾病とDNAメチル化の相関を明らかにすることにある。当該年度では、①ナノインプリントリソグラフィーを用いたフォトニック結晶ナノ共振器作製に使用する高屈折率層堆積条件の検討、②屈折率応答評価、③DNAハイブリダイゼーション検出・メチル化シトシン検出、の三項目を実施した。ナノインプリントリソグラフィーを用いたフォトニック結晶ナノ共振器作製に使用する高屈折率層堆積条件の検討では、屈折率の異なる材料をフォトニック結晶上へ堆積し、特性評価を行うことで、高感度にエピゲノム解析が行うこととが可能な材料の選定を行った。屈折率応答評価では、フォトニック結晶上で異なる屈折率を有する試料溶液を滴下、光学特性変化を観察した。その結果、①で使用した材料の中で、高感度に光学特性変化を示す材料を明らかにすることができた。エピゲノム解析では、これまでDNAハイブリダイゼーションによるフォトニック結晶周囲の屈折率変化からメチル化シトシンの有無判定を行っていたが、抗原抗体反応を利用することで、よりメチル化の有無を明確にすることができるようになった。