光誘起流体効果によるバイオマテリアルの状態制御

通过光诱导流体效应控制生物材料的状态

基本信息

批准号：
15J09975
负责人：
西村勇姿
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Osaka Prefecture University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

光誘起の流体効果で生体関連物質の相転移，特異的結合，細胞の状態制御の原理を開拓し，社会で求められるバイオ分析技術に発展させることが本研究の目的である．これまでに金属ナノ粒子固定化ビーズを分散した水中にレーザー光を照射すると，開始からわずか数秒で沸騰現象が起こる条件があることを見出したが，最終年度はマイクロ流路中での圧力駆動流の下で光集積した金ナノ粒子固定化ビーズを熱源として，光誘起バブルによる微量タンパク質の迅速検査に関する新たな知見を後輩との共同研究で獲得して論文投稿を行った．また，集光したレーザー光照射による集合現象と溶液中に誘起される流れの相乗効果により，金ナノ粒子表面に修飾した一本鎖DNAと浮遊状態の一本鎖DNAの衝突確率を高めることで，DNAの二重鎖形成プロセスを加速できることを２年目に解明したが，タンパク質や異種DNAの混合条件下でもDNA二重鎖形成の光加速が可能であることも示し，遺伝子検査などへの実用展開における重要な知見も獲得した．これらの知見を活かし，DNAチップへの実装を目指した検討も行った．派生テーマに関して後輩にサンプル調製の方法を伝授し，電極間に光集積したプローブ粒子とターゲットDNAの電気検出の迅速化に関する新たな知見も獲得して特許申請にも貢献した(特願2017-095715)．さらに，高温状態で疎水性を示す有機分子を表面修飾した金ナノ粒子内包デンドリマーの特性に注目し，非共鳴レーザー照射による局所加熱により癌細胞表面への集積化に成功した．集積化後に細胞の生死判定を行ったところ，非共鳴条件下であるにもかかわらず，レーザー照射点近傍の癌細胞だけを選択的に死滅できることも明らかにした．この成果は非従来的な光誘導型ドラッグ・デリバリー・システムの新原理開拓につながり，医薬学の発展に貢献し得るものである(国際特許PCT2017-20883)．

本研究的目的是开发利用光诱导流体效应对生物相关物质进行相变、特异性结合和细胞状态控制的原理，并将其发展为社会所需的生物分析技术。迄今为止，我们发现，当激光照射到分散有金属纳米粒子固定珠的水中时，从开始后几秒钟内就会发生沸腾现象，通过与初级同事的共同研究，我们获得了关于这方面的新知识。使用金纳米粒子固定珠光集成作为热源，利用光诱导气泡快速检测痕量蛋白质，并提交结果。此外，由于聚焦激光照射引起的聚集现象和溶液中诱导的流动的协同作用，金纳米颗粒表面修饰的单链DNA与悬浮液中的单链DNA碰撞的概率为在第二年，他们发现 DNA 双链体形成的过程可以加速，但他们也表明，即使在蛋白质和外源 DNA 的混合条件下，光加速 DNA 双链体形成也是可能的，这可能对基因检测有用。还获得了实际部署的重要知识。利用这些知识，我们还进行了一项旨在将其应用到 DNA 芯片上的研究。关于衍生主题，他教他的后辈如何准备样品，获得了关于加速电极间光学集成的探针粒子和目标DNA的电检测的新知识，并为专利申请做出了贡献（专利申请2017-095715）。此外，我们还重点研究了含有金纳米粒子的树枝状聚合物的特性，该树枝状聚合物的表面被高温下疏水的有机分子修饰，并通过使用非共振激光照射进行局部加热，成功地将其整合到癌细胞表面。细胞整合后，我们确定细胞是活的还是死的，发现即使在非共振条件下，激光照射点附近的癌细胞也能被选择性杀死。这一结果将导致非常规光诱导药物输送系统新原理的发展，并可能有助于制药科学的发展（国际专利PCT2017-20883）。