人工膜とナノ空間を用いた1分子診断技術の開発

本研究は、生体膜を模倣した人工膜と、厚さが数十ナノメートルのナノ空間を組み合わせて疾患関連生体分子（疾患マーカー）を1分子計測する技術を開発する。そのために2022年度は、パターン化人工膜とナノ空間の作製技術、パターン化人工膜への抗体の固定化技術を開発した。パターン化人工膜は、光重合性リン脂質を光リソグラフィー技術でパターン化重合したポリマー脂質膜に、生体由来の脂質膜（生体脂質膜）を組み込んで作製した。一方、ナノ空間は、ポリマー脂質膜と高分子エラストマー（PDMS）を厚さが均一な接着層（高分子被覆シリカ微粒子）により接着することで作製した。平均粒径100 nmのシリカ微粒子表面に、2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine (MPC)と2-aminoethyl methacrylate (AEMA)からなる鎖長の均一な高分子ブラシを原子移動ラジカル重合法で形成した。この高分子被覆シリカ微粒子を接着層としてポリマー脂質膜とPDMSとを接着して厚さが100 nm程度のナノ空間を形成した。ナノ空間の形成は、脂質膜に結合した標的分子の側方拡散による選択的輸送により評価した。パターン化人工膜への抗体の固定化技術は、抗体分子を酵素反応および還元反応によって分解することで抗原認識部位 (Fab’)を取り出し、Fab’に含まれるシステイン基にマレイミド基を介してDibenzylcyclooctyne (DOCO)基を結合した。そして、生体脂質膜内に予め5mol%導入したアジド基含有脂質にFab’-DBCOを選択的に結合させることで、生体脂質膜に高効率で抗原認識部位を結合した。Fab’は脂質膜において2次元拡散することができた。今後、抗原認識部位を提示した生体脂質膜表面において疾患マーカーのサンドイッチ検出を行いナノ空間における高感度な検出を目指す。

本研究は、生体膜を模倣した人工膜と、厚さが数十ナノメートルのナノ空間を組み合わせて疾患関連生体分子（疾患マーカー）を1分子計測する技術を開発する。そのために2022年度は、パターン化人工膜とナノ空間の作製技術、パターン化人工膜への抗体の固定化技術を開発した。パターン化人工膜は、光重合性リン脂質を光リソグラフィー技術でパターン化重合したポリマー脂質膜に、生体由来の脂質膜（生体脂質膜）を組み込んで作製した。一方、ナノ空間は、ポリマー脂質膜と高分子エラストマー（PDMS）を厚さが均一な接着層（高分子被覆シリカ微粒子）により接着することで作製した。平均粒径100 nmのシリカ微粒子表面に、2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine (MPC)と2-aminoethyl methacrylate (AEMA)からなる鎖長の均一な高分子ブラシを原子移動ラジカル重合法で形成した。この高分子被覆シリカ微粒子を接着層としてポリマー脂質膜とPDMSとを接着して厚さが100 nm程度のナノ空間を形成した。ナノ空間の形成は、脂質膜に結合した標的分子の側方拡散による選択的輸送により評価した。パターン化人工膜への抗体の固定化技術は、抗体分子を酵素反応および還元反応によって分解することで抗原認識部位 (Fab’)を取り出し、Fab’に含まれるシステイン基にマレイミド基を介してDibenzylcyclooctyne (DOCO)基を結合した。そして、生体脂質膜内に予め5mol%導入したアジド基含有脂質にFab’-DBCOを選択的に結合させることで、生体脂質膜に高効率で抗原認識部位を結合した。Fab’は脂質膜において2次元拡散することができた。今後、抗原認識部位を提示した生体脂質膜表面において疾患マーカーのサンドイッチ検出を行いナノ空間における高感度な検出を目指す。