Nanostructure transfer to cell membrane by cytoplasmic gelation and its optical sensor application

细胞质凝胶化纳米结构转移至细胞膜及其光学传感器应用

• 批准号: 22K18760
• 负责人: 遠藤 達郎
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18760/
• 关键词: ナノインプリントリソグラフィー; フォトニック結晶; 細胞膜; 細胞質; ナノ構造; 転写; 光学センサ

本研究の目的は、①細胞膜表層の生体分子の機能・分子構造を損なうことなく、②ナノインプリントリソグラフィ（Nanoimprint lithography: NIL）を用いて細胞膜へナノ構造を転写する技術を開発することにある。加えて開発した技術を用いてナノメートルサイズの周期構造を有する光学素子「フォトニック結晶（Photonic crystal: PhC）」を細胞膜上へ作製し、細作製されたPhC自体が分子認識・特異的結合能を有する光学バイオセンサとして応用する。ナノメートルサイズの構造を転写する技術であるNILには、良好な再現性にてナノ構造を転写可能である。しかしNILは、細胞のように曲率を持った基材に対して構造転写することは高い技術を要するとともに、細胞膜のような流動性のある材料へ化学的に架橋させることなく構造を転写することは困難である。従来の技術では困難であった「細胞膜タンパク質を変性（架橋）させずにナノ構造を転写、その形状を維持する」技術を開発する本研究は、挑戦的研究として従来のナノ・マイクロ加工技術において加工可能な材料の選択肢を増やすことにつながることで意義がある。当該年度では、細胞膜を架橋するのではなく、細胞質をハイドロゲル化させる、ことで細胞膜へナノ構造を転写、PhCを作製するための基礎実験を行った。細胞質のハイドロゲル化には、細胞凍結時に細胞内へあらかじめ細胞毒性の低いPolyethylene Glycol Diacrylate (PEGDA)、光重合開始剤等を取り込ませた後融解、光重合にてPEGDA等を含む細胞内（細胞質）をゲル化させた。その結果、細胞質のハイドロゲル化に成功した。

这项研究的目的是为1）使用NIL开发一种技术，以将纳米结构转移到细胞膜上，而不会损害生物分子在细胞膜表面上的功能和分子结构。此外，使用开发的技术，在细胞膜上制造了具有纳米大小的周期性结构的光学元素“光子晶体（PHC）”，并将精心制备的PHC本身作为具有分子识别和特定结合能力的光学生物传感器应用。 NIL是一种用于转移纳米尺寸结构的技术，能够传递具有良好可重复性的纳米结构。但是，零需要高科技将结构转移到具有曲率（例如细胞）的底物上，并且很难在没有化学交联的情况下转移结构，而不会与细胞膜等流体材料进行交联。这项研究正在开发一项技术，该技术“转移纳米结构并保持其形状而无需变性（交联）细胞膜蛋白，这对于传统技术而言很困难，这是有意义的，因为它会导致越来越多的材料，这些材料可以在传统的纳米微观过程中处理。在今年，进行了基本实验，将纳米结构转移到细胞膜上，而不是将细胞膜交联，该细胞膜是为了使细胞质水凝结，从而将纳米结构转录到细胞膜中并产生PHC。对于细胞质水凝胶，当细胞冷冻时，先前将低胞毒性聚乙二醇二苯甲酸（PEGDA）（PEGDA），光聚合启动器等纳入细胞，然后融化，然后融化，然后融合到细胞内（细胞质）（细胞质），含有PEGDA，含有PECLED PHELED PHELED POPHELED POMPOPOLIDY。结果，细胞质水凝胶成功。

项目成果

Investigation of Probe DNA Immobilization Method for Label-free DNA Biosensing Using Polymer-based Photonic Crystal

基于聚合物光子晶体的无标记 DNA 生物传感探针 DNA 固定方法研究

• DOI: 10.18494/sam4329
• 发表时间: 2023
• 期刊: Sensors and Materials
• 影响因子: 1.2
• 作者: Nishitsuji Ryosuke;Sueyoshi Kenji;Hisamoto Hideaki;Endo Tatsuro
• 通讯作者: Endo Tatsuro