集積化マイクロチャンネルチップを用いた新規分析システムの構築

使用集成微通道芯片构建新型分析系统

基本信息

批准号：
04J08871
负责人：
上野貢生
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

マイクロチャンネルチップ内に機能を集積するために、金属ナノ構造体による局在表面プラズモンを用いた分析システムの構築を行った。ガラス基板上に電子線リソグラフィー/リフトオフ技術を用いることにより数10nm〜数100nmサイズの金属のナノ構造体を作製した。局在表面プラズモンの光学特性は、構造体のサイズや形状、あるいは周囲の誘電率や構造間距離などによって鋭敏に変化する。そこで、本研究では、この原理を利用することによる分析システム構築の一例としてDNAチップの創製を試みた。構造体上にDNA分子を固定してハイブリダイゼーションを誘起することにより、反応に基づく誘電率変化から局在表面プラズモンのスペクトルがシフトし、高感度にDNAを検出可能な新しい発想のマイクロアレイチップを構築すること可能である。実験では、構造体へのDNA分子の固定化は3'末端にチオール基を有する合成ヌクレオチドを金構造体との共有結合により行い、一本鎖DNAを固定化した構造体上にターゲットDNAのバッファー溶液を滴下することによりハイブリダイゼーションを誘起したところ、ハイブリダイゼーション前後において金属ナノ構造体のスペクトルの顕著なシフトが観測された。また、作製した金属ナノ構造体を用いて、表面増強ラマン散乱分光法による計測システムの構築を行った。ラマン散乱測定は、振動分光法であり分子分析能力が高いため定性的な分析チップを構築することが可能である。特に、金属構造体の構造間距離がナノメートルオーダーで近接した場合、ギャップ内に存在する分子のラマン散乱強度が著しく増強されることが知られているが、その原理を再現性高く計測するのは従来の微粒子を集積する方法では困難であった。本研究では、微細加工による構造体制御によりラマン散乱増強の近接場効果やプラズモンバンドと励起レーザー光波長の関係について詳細に明らかにすることに成功した。

为了将功能集成到微通道芯片中，我们使用金属纳米结构的局域表面等离子体构建了分析系统。使用电子束光刻/剥离技术在玻璃基板上制造尺寸从几十纳米到几百纳米的金属纳米结构。局域表面等离子体激元的光学特性会根据结构的尺寸和形状、周围的介电常数、结构之间的距离等而急剧变化。因此，在本研究中，我们尝试创建 DNA 芯片作为利用这一原理构建分析系统的示例。通过将DNA分子固定在结构上并诱导杂交，局部表面等离激元的光谱因反应引起的介电常数的变化而发生变化，从而创造了一种可以高灵敏度检测DNA的新概念微阵列芯片。在实验中，通过将3'端带有硫醇基团的合成核苷酸共价键合到金结构上，将DNA分子固定在该结构上，并将目标DNA缓冲液放置在固定有单链DNA的结构上。通过滴加溶液诱导杂交，在杂交前后观察到金属纳米结构的光谱发生显着变化。我们还使用制造的金属纳米结构使用表面增强拉曼散射光谱构建了一个测量系统。拉曼散射测量是振动光谱法，具有较高的分子分析能力，因此可以构建定性分析芯片。特别是，已知当金属结构之间的距离接近纳米量级时，间隙中存在的分子的拉曼散射强度显着增强，但很难以高再现性测量这一原理。传统的细颗粒积累方法很难实现。在这项研究中，我们通过微加工控制结构，成功地详细阐明了拉曼散射增强的近场效应以及等离子体激元带与激发激光波长之间的关系。