Development of a method for single-molecule chemical processing utilizing ultra-small droplets in nanospace and application to cytokine analysis

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ナノ空間の流体工学の進展により、化学分析の可算個分子レベルへの超微量化が実現しつつある。しかし、試料分子数が限定されても、空間の微小化の単なる延長では流体工学の極限である分子1個の輸送・化学処理とこれにより初めて実現する1分子分析には到達できない。本研究では、独自技術によりナノ流路で極小液滴を生成して、統計力学の原理により液滴中に試料分子1個を閉じ込め個数の単位で配列・輸送、更に液滴の合一により1分子を衝突・反応させる方法論とこれを用いた分析法を創成し、病変部の表皮角化細胞、涙液、汗などに含まれるサイトカイン分析に応用することを目的とする。研究項目A）液滴連続生成・輸送・合一のためのナノ流体デバイスの開発、研究項目B）液滴を利用した1分子配列、輸送、反応操作の検証、研究項目C）1分子分析の検証に取り組む。2022年度は、2021年度に引き続き、研究項目A、Bに取り組んだ。2021年度に開発したT字型ナノ流路による微小液滴の連続生成法を更に発展させ、体積aLの液滴生成に成功した。流路幅を局所的に小さくすることで液滴生成に必要な流体のせん断力を増大させる設計を提案、検討し、体積900aLの液滴生成を検証した。これを用いて、濃度10 pMオーダの1粒子輸送および1分子輸送を実証した。これは、診断における血清・細胞内の目的タンパク分子の濃度に相当し、本研究で開発する方法が1分子分析に応用可能なことを意味している。また、液滴内での1分子化学反応操作を実現するために、ナノ流路で連続生成した液滴に体積aLの液体を導入する方法も開発した。以上の方法に基づき、次年度は液滴内での1分子化学反応の検証に取り組む。