【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.01】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23UT0005

利用課題名 / Title

機能性ナノ-マイクロサイズ材料の構造分析

利用した実施機関 / Support Institute

東京大学 / Tokyo Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）次世代バイオマテリアル/Next-generation biomaterials

キーワード / Keywords

電子顕微鏡/ Electronic microscope,生体イメージング/ In vivo imaging,抗菌・抗ウイルス材料/ Antibacterial/antiviral materials,ナノ粒子/ Nanoparticles

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

中村 乃理子

所属名 / Affiliation

東京大学 大学院工学系研究科総合研究機構/バイオエンジニアリング専攻/化学システム工学専攻

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

Li Xu,前田悠希,Huanyu Zhang,佐野友南,土屋裕輝,徳丸幹人,大塚彩加,永田渉,奈良裕太朗,山岸達希,小野遥香,森田槙平,山崎優希

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

寺西亮佑,押川浩之,福川昌宏

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

UT-011：有機材料ハイコントラスト透過型電子顕微鏡
UT-007：高分解能分析電子顕微鏡
UT-102：高分解能走査型分析電子顕微鏡
UT-103：高分解能走査型電子顕微鏡

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

金属、半導体など多くの材料はナノ粒子化することにより、表面プラズモン共鳴や蛍光などバルク体とは異なる特異的な光特性を示す。一方、生体内では無数の分子が相互作用することで生命現象を司っているが、DNAなどの生体分子を材料として捉え、巧みに用いることでナノサイズの精密な構造制御や反応系の構築が可能となる。本研究ではそのサイズなどの特性を精密に制御して合成したナノ粒子と生体分子を組み合わせることで、生体内の分子を高感度、網羅的かつ簡便に検出する手法の開発を目指す。

実験 / Experimental

金ナノ粒子、量子ドット、有機半導体ポリマーナノ粒子の形態は透過型電子顕微鏡JEM-1400を用いて観察し、ImageJ FIJIを用いた画像解析により平均粒子サイズを算出した。また、DNAを用いた金ナノ粒子集積体の形成を透過型電子顕微鏡JEM-2010Fを用いて評価した。相補的な配列を有するDNAの添加による逐次的な金ナノ粒子集積体の解体は、反応停止剤を添加し透過型電子顕微鏡JEM-2010Fを用いて観察することで評価した。マイクロ粒子の形態は走査型電子顕微鏡JSM-7500FおよびJSM-7800Fを用いて観察した。

結果と考察 / Results and Discussion

合成した金ナノ粒子、有機半導体ポリマーナノ粒子はいずれも球状の形態を有し、合成条件を制御することで広範囲において任意のサイズの粒子が得られることが確認された。ナノ粒子のサイズを数十から数百nmの広範囲で制御することはサイズをラベルとして生体内の分子を認識、検出する技術を開発するうえで重要であり、今後これらのナノ粒子を基盤とした新規の疾患診断手法の創製が期待される。また、条件を制御することにより異なるサイズの金ナノ粒子を用いた集積体の形成が可能であることが確認された。これらの金ナノ粒子集積体は標的DNAの添加により解体反応が進行し、表面プラズモンの波長の変化を利用したバイオマーカーの検出の可能性が示唆された。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

1. Yuki Maeda, DNA‐Mediated, On‐Membrane Sequential Assembly of Conjugated Polymer Nanoparticles for Sensitive Detection of Cell Surface Markers, Advanced Functional Materials, 34, (2024).
   DOI: doi.org/10.1002/adfm.202315160
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. 奈良裕太朗、中村乃理子、太田誠一 金ナノ粒子のサイズをラベルとしたmiRNAのマルチ検出手法の開発 化学工学会第54回秋季大会(福岡) 2023/9/11
2. 山岸達希、中村乃理子、太田誠一 バイオマーカーのマルチ検出に向けた、ナノ粒子のサイズ・表面電荷に応じた二次元電気泳動による分離 化学工学会第54回秋季大会(福岡) 2023/9/11
3. 永田渉、中村乃理子、太田誠一 生体深部での光線力学的治療を目指した、金ナノ粒子を媒介したX線による蛍光励起機構の開発 化学工学会第54回秋季大会(福岡) 2023/9/11
4. 土屋裕輝、中村乃理子、太田誠一 抗体修飾ナノ粒子の僅かな凝集の遠心FFFによる分離・検出 化学工学会第54回秋季大会(福岡) 2023/9/11
5. 前田悠希、中村乃理子、太田誠一 有機半導体ポリマー蛍光ナノ粒子のon-membrane逐次集積による細胞表面マーカーの高感度検出 化学工学会第54回秋季大会(福岡) 2023/9/11
6. 中村乃理子、佐原雄斗、太田誠一 金ナノ粒子集積体の表面プラズモン特性に基づく核酸バイオマーカーの検出 化学工学会第54回秋季大会(福岡) 2023/9/13
7. 徳丸幹人、中村乃理子、太田誠一 粒径に依存したナノ粒子の血中滞留性に対するがん罹患の影響 日本膜学会「第45年会」・「膜シンポジウム2023」合同大会 2023/11/21
8. 前田悠希、中村乃理子、太田誠一 細胞表面マーカーの高感度検出に向けた有機半導体ポリマー蛍光ナノ粒子のon-membrane集積化 日本膜学会「第45年会」・「膜シンポジウム2023」合同大会 2023/11/21
9. 徳丸幹人、中村乃理子、太田誠一 ナノ粒子の血中滞留時間の粒径依存性に着目したがんの多色蛍光診断 化学工学会第89年会(堺) 2024/3/18
10. Huanyu Zhang, 中村乃理子、松本渉、伏見幹史、関野正樹、太田誠一 Development of superparamagnetic iron oxide/fluorescent conjugated polymer composite nanoparticle for dual-modal detection of sentinel lymph node 化学工学会第89年会(堺) 2024/3/18
11. 佐野友南、中村乃理子、中對一博、續石大気、坂上知、太田誠一 定量的なタンパク質標識に向けたInP量子ドットに対する抗体修飾の精密化 化学工学会第89年会(堺) 2024/3/19
12. Noriko Nakamura, Mikito Tokumaru, Seiichi Ohta Wide-Range Size Tuning of Conjugated Polymer Nanoparticles for Multi-Color Bioimaging AIChE Annual Meeting 2023, Orland 2023/11/8
13. Yuto Sahara, Noriko Nakamura, Seiichi Ohta Facile and Quantitative Detection of Nucleic Acid Markers Via Conformational Change of Gold Nanoparticle Assemblies AIChE Annual Meeting 2023, Orland 2023/11/8
14. Yuki Maeda, Noriko Nakamura, Seiichi Ohta DNA-Mediated, on-Membrane Sequential Assemblyof Conjugated Polymer Nanoparticles for Sensitive Detectionof Cell Surface Markers AIChE Annual Meeting 2023, Orland 2023/11/8
15. Hiroki Tsuchiya, Noriko Nakamura, Seiichi Ohta Field Flow Fractionation-Based Analysis for Evaluating Slight Aggregation of Surface-Functionalized Nanoparticles That Can Impact Their Biological Interaction AIChE Annual Meeting 2023, Orland 2023/11/8
16. 太田誠一 ナノ粒子のサイズ・表面・形状を巧みに利用した医療診断技術の開拓 2023年度 粉体操作に伴う諸現象に関する勉強会　2023年7月
17. Seiichi Ohta Development of Disease Diagnostics Platforms Based on Physicochemical Property of Nanoparticles Tsinghua-UTokyo Joint Symposium on Chemical Engineering　2023年6月
18. 太田誠一 光機能性ナノ粒子の集積化技術を基盤とした新規miRNA検出法の開発 日本生化学会 第96回大会　2023年10月31日～11月2日
19. Seiichi Ohta Detecting slight aggregation of nanoparticles that impacts their biomedical applications via centrifugal Field Flow Fractionation The University of Tokyo-Seoul National University Joint Workshop on Data-driven Biomedical Innovation　2024年3月
20. Seiichi Ohta Revisiting bioconjugation of colloidal nanoparticles through precise aggregation analysis via centrifugal Field Flow Fractionation Frontiers in Soft Matter and Biotechnology　2023年6月

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：1件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件