光・分子情報処理による保健医療現場での実用を指向した分子スクリーニング技術の開発

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本研究は，院内感染等防止，口臭などによる簡易診断，口腔ケアなどの課題に対して，対象となりうる複数の分子を簡易な手法でスクリーニングする技術を提案し，その有効性と実用に向けた課題点を明らかにすることを目的として行った．本年度は，前年度に引き続き，DNA計算技術を用いて対象分子の情報を加工し，光信号として一括に読み出し，複数の対象分子を同時に検出・定量する手法を検討するとともに，その基本動作を確認した．対象分子を蛍光シグナルへ符号化するためのDNA反応系を設計し，実証実験によりシグナル増幅率や利用可能な蛍光強度の階調などの基本特性を評価した．相補性を利用して設計されたDNAの自律的な反応を利用し，温度制御や基板等の加工チップや専用読み取り装置などが不要な，分子信号の増幅・符号化法を提案した．蛍光信号による分子情報の読み出しは，分子検出，定量に広く利用されている．しかし，同時に対象にできる分子の種類は，蛍光分子の使用可能な種類により制限される．提案手法では，対象分子の情報を，DNA反応により蛍光信号へ変換して，蛍光信号を増幅し，蛍光波長と強度を利用して符号化を行う．マイクロアレイ技術のように空間的に分子情報を展開するのではなく，蛍光信号の利用可能な帯域を効率よく利用することにより，one-pot での多数分子の同時検出を可能にする．実現に向けた要素技術として，ハイブリダイゼーション連鎖反応（HCR）に基づく蛍光信号の増幅と蛍光強度の階調を利用した符号化法を設計した．実験において，蛍光シグナルが増幅できること，増幅率が使用するDNAの構成により変調できることを確認した．また，２つの蛍光波長と５段階の強度レベルを利用した蛍光カラー符号化を確認した．また，多重化読み出しに向け，蛍光信号の時間変動を利用した，分子情報の符号化・復号化手法を検討した．