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OIST、物質中の生体物質を光を利用して検出するバイオセンサを開発

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January, 15, 2020, 沖縄--食品サンプル中の有害な病原体など、物質中の生体物質を光を利用して検出するバイオセンサを沖縄科学技術大学院大学(OIST)の研究者らが開発した。

 現在標準的に用いられるバイオセンサは、感度及び精度の面で限界がある。個々の分子ではなく、分子が集積した効果しか検出できない。しかしOIST研究チームが開発した装置は、標準の280倍も高い感度がある。

 OIST量子技術のための光・物質相互作用ユニットは量子技術のための光・物質相互作用ユニット、米国ウィスコンシン大学の研究者らと協力し、光共振器の一種を用いてナノ粒子を個々に区別できるリアルタイム高解像度画像の作成に成功した。この研究成果はACS Nanoに掲載された。

ナノスケールの化学
 OISTの研究者らはここ数年、細長いガラス管に中が空洞のガラス殻を取り付けたマイクロバブル共振器を使用した実験を行ってきた。マイクロバブル共振器を水で満たしてから、光のビームを当てると、光波が素早く水中を循環し、共振器の表面にある粒子の物理的および化学的性質を調べることができる。

 今回の研究では、ウィスコンシン大学の共同研究者らがマイクロバブル共振器のガラス球の内側を金のナノロッドでコーティングした。
 研究者らは、レーザビームを照射して加熱したナノロッドを特定の化学物質や光に暴露させ、形状や配向、界面化学がどのように変化するかを観察した。

 ナノ粒子は光を吸収すると熱を帯びる。すると共振器から放射される光周波数が温度上昇によってシフトする。このナノ粒子温度のシフトを驚異的な精度で測定・画像化することに成功した。

 「この共振器は非常に感度の高い温度計として利用できます」と研究者らは説明している。

 次のステップとしては、この光熱感知技術をナノ粒子ではなくタンパク質に応用するため、金のナノロッドの代わりにタンパク質で共振器の内部をコーティングする予定。タンパク質の形状が変化することでその光学的および熱的特性も変化し、共振器表面での分子レベルの事象をさらに研究することができるようになると研究者らは期待している。

 この方法は、微小ウイルスまたは一本鎖のDNAを検出するのにも使える可能性がある。

 「通常小さなタンパク質の高解像度画像を得るには電子顕微鏡が必要だが、電子顕微鏡はタンパク質を損傷する。克服すべき技術的課題もまだ多く残っているが、われわれの技術が商業化された場合の可能性は非常に大きい」と、研究の共著者であるジョナサン・ワード博士は語っている。
(詳細は、https://www.oist.jp)