ナノ空間での高収率物質変換に基づく呼気計測技術の開発

基于纳米空间高产材料转化的呼吸测量技术发展

基本信息

批准号：
22K05168
负责人：
山口央
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Ibaraki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05168/
关键词：
ナノポーラス呼気センサーナノチャンネル

项目摘要

呼気は採取容易な非侵襲試料であり，揮発性バイオマーカー（VBM），呼気エアロゾルに含まれる不揮発性バイオマーカー（N-VBM）をターゲットとしたバイオセンサー開発が進められている。呼気センサー開発では，呼気試料を迅速かつ簡便に捕集するための方法論，呼気中微量成分を高選択かつ高感度に計測する方法論が主要な開発項目である。本研究の目的は，『ナノ空間での高収率酵素反応と電気信号変換』に立脚した設計から，上記要求を解決する呼気センサー要素技術を開発することである。具体的な研究課題は①VBM計測系の開拓と実証，②N-VBM計測系の開拓と実証，③センサー部位の集積化と高度化であり，本年度は①と②について遂行した。①については，ナノホール電極における気液界面形成，ホルムアルデヒドをモデルVBMとした実証実験を行った。さらに，気体中ホルムアルデヒド濃度を正確に制御するフローシステムを自作し，試作したセンサーの検出感度についても検討を進めた。②についてはGOD封入メソポーラスシリカを用いたグルコースの簡易計測について実証した。酵素封入においては，メソポーラスシリカ細孔に対する酵素や基質の吸着状態を明らかとする必要がある。そのために，ミオグロビンをモデル酵素としたメソポーラスシリカ吸着分布に及ぼす細孔サイズの影響，カチオン性分子のメソポーラスシリカ吸着に関する温度の影響についても明らかとした。

呼出气是一种易于收集的非侵入性样本，针对呼出气气溶胶中含有的挥发性生物标志物 (VBM) 和非挥发性生物标志物 (N-VBM) 的生物传感器开发正在进行中。在呼气传感器的开发中，主要开发项目是快速、轻松地采集呼出气体样本的方法，以及高选择性、高灵敏度测量呼出气体中微量成分的方法。这项研究的目的是开发一种呼吸传感器元件技术，基于“纳米空间中的高产酶反应和电信号转换”的设计来解决上述要求。具体研究主题是（1）VBM测量系统的开发和演示，（2）N-VBM测量系统的开发和演示，以及（3）传感器部件的集成和精密化，今年我们进行了（1 ）和（2）。关于①，我们使用甲醛作为模型VBM进行了演示实验，在纳米孔电极处形成气液界面。此外，他们创建了一个精确控制气体中甲醛浓度的流量系统，并研究了原型传感器的检测灵敏度。关于②，我们演示了使用GOD封装的介孔二氧化硅进行简单的葡萄糖测量。对于酶的封装，需要澄清介孔二氧化硅孔中酶和底物的吸附状态。为此，我们还以肌红蛋白为模型酶阐明了孔径对介孔二氧化硅吸附分布的影响，以及温度对介孔二氧化硅吸附阳离子分子的影响。