阪大、従来の約100分の1以下の溶液量で1000倍以上の検出感度を持つバイオケミカルセンサーチップを開発――次世代医療を強力にサポート

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大阪大学は2018年2月14日、同大学の研究グループが、レーザー光照射により非線形光学結晶から発生するテラヘルツ波を用いて、極微量溶液中の溶質濃度を高感度かつ定量的に検出できる超高感度バイオケミカルセンサーチップを開発したと発表した。今回開発したチップで血液や尿などから病原因子の検出が行えるようになれば、ガンや糖尿病の早期発見や未病診断を蛍光標識を使わずに迅速に行えるようになり、医療分野への強力なサポートが期待できるという。

遠赤外線周波数領域に位置するテラヘルツ波は、分子の微弱な運動に作用することから、生命機能に関わる情報を抽出できる電磁波として次世代のバイオセンシング応用に期待されている。しかし、溶液をはじめとするバイオ関連サンプルの計測は、テラヘルツ波の回折限界と水への強い吸収の影響から高感度・微量・定量測定が困難であり、コンパクトなセンサーチップの開発と普及を妨げる要因となっている。

これに対し同研究グループでは、レーザーテラヘルツ放射顕微鏡を微量溶液測定に適用検討する過程で、非線形光学結晶へのフェムト秒パルスレーザー光照射で局所的にテラヘルツ波が発生する点に注目した。そのテラヘルツ波光源を、数アレイのメタマテリアルおよびマイクロ流路内溶液と効率的に近接相互作用させることで、流路内の1ナノリットル以下の溶液中に存在する数10フェムトモルの溶質量を検出できるチップを開発した。これは従来のテラヘルツ波によるマイクロ流路を使った測定と比較して、約100分の1以下の溶液量で1000倍以上の検出感度だという。

今回の研究成果により、これまでにテラヘルツ領域で測定されてきた、さまざまな生体関連物質の評価を極微量で行えるようになるほか、昨今のマイクロ流体技術を組み合わせることで、生きた細胞の生育や化学反応・酵素反応などの評価を非破壊かつリアルタイムで行える可能性があり、再生医療分野への貢献にも期待ができるという。チップ自体も安価でコンパクト化が見込めるため、日ごろの健康管理や臨床現場での迅速な病理診断など、ヘルスケア技術として期待できるとしている。

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