水中ピコキャビティのアクティブ形成と分子分解能ダイナミック分光への応用

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直径40nmの金ナノ粒子とアデニン、シトシン、グアニン、チミン塩基をpH3.5、ならびにpH7.0下でそれぞれ混合し、さらに塩の添加、加温インキュベーションを行うことにより金ナノ粒子二量体を形成した。塩基の濃度の関数として、ゼータ電位、二量体の吸収ピーク波長、ラマンスペクトルを詳細に計測した。低pH下でプロトン化するアデニン、シトシンの場合、塩基濃度とともにゼータ電位の絶対値が低下し、二量体形成効率が向上することを確認した。一方、特にアデニンの場合、濃度とともに金表面に対して五員環・六員環面が垂直な配置をとりやすくなり、二量体の粒子間ギャップが増大すると同時に、ブリージングモードのラマン信号が相対的に増強されることが明らかとなった。これらの実験と並行して、オリゴヌクレオチドを対象として同様の実験を実施した。例えば25塩基長のグアニンオリゴヌクレオチドの中央をアデニンに置き換えたものを使用し、塩基分解能の実証を試みた。水中でブラウン運動する単一の二量体からのラマンスペクトルを多数測定したところ、その多くはグアニンのみ、あるいはグアニンとアデニンのピークを含むものであったが、一定の頻度でアデニンのみのピークが出現するスペクトルが得られた。この結果は、光が金原子スケールで局在し、一塩基分解能が実現していることを示唆するものである。窒化シリコンメンブレンに収束イオンビームでナノポアを形成した後、GeSbTeを成膜した。ナノポア部に光照射をしながら長鎖DNAのナノポア通過頻度を計測したところ、光照射加熱によってDNAを効率よく捕捉できることを確認した。また、PEG・エタノールと金ナノ粒子の混合液に対して、マランゴニ流に起因する液滴を形成し、その内部において金ナノ粒子が複合体を自然形成することを確認した。