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

水下微微腔的主动形成及其在分子分辨率动态光谱中的应用

基本信息

批准号：
22K18988
负责人：
斎木敏治
金额：
$ 3.99万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18988/
关键词：
金ナノ粒子 DNA 表面増強ラマン散乱ナノポア相変化材料タンパク分子

项目摘要

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。

将直径为 40 nm 的金纳米颗粒与腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤和胸腺嘧啶碱基在 pH 3.5 和 pH 7.0 下混合，然后添加盐并加热孵育，形成金纳米颗粒二聚体。详细测量了 Zeta 电位、二聚体的吸收峰波长和拉曼光谱作为碱浓度的函数。对于在低pH下质子化的腺嘌呤和胞嘧啶，zeta电位的绝对值随着碱浓度的增加而降低，并且已证实二聚体形成的效率增加。另一方面，特别是腺嘌呤的情况下，随着浓度的增加，五元环和六元环平面趋于垂直于金表面，同时二聚体的颗粒间间隙增大，并且在同时呼吸模式的拉曼信号变得相对，结果表明效果得到增强。与这些实验平行，使用寡核苷酸进行了类似的实验。例如，我们尝试使用中心被腺嘌呤取代的 25 个碱基长的鸟嘌呤寡核苷酸来证明碱基分辨率。当我们测量在水中进行布朗运动的单个二聚体的许多拉曼光谱时，大多数都包含单独的鸟嘌呤或鸟嘌呤和腺嘌呤的峰，但在一定频率下，获得了仅腺嘌呤的峰。这一结果表明光定位在金原子尺度上，实现了单碱基分辨率。使用聚焦离子束在氮化硅膜上形成纳米孔后，沉积GeSbTe。通过在用光照射纳米孔的同时测量长链DNA通过纳米孔的频率，证实了可以通过光照射和加热有效地捕获DNA。我们还证实，由于 PEG/乙醇和金纳米颗粒的混合物中的马兰戈尼流动而形成了液滴，并且金纳米颗粒在液滴内自发形成了复合物。