JP2011081001A - 表面増強ラマン散乱を利用した生化学物質の検出方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】単結晶体の貴金属ナノワイヤ表面に物理的に分離された多数個の貴金属ナノ粒子が分析対象物と結合させて形成された多数個のホットスポットより、表面増強ラマン散乱スペクトルを得て、高感度、高再現性、高信頼度、高精密度を有して、マルチプレックス検出が可能な生化学物質を検出する。
【選択図】図10
Description
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以下提示される例は、単結晶の単一の貴金属ナノワイヤ−貴金属ナノ粒子の結合を利用した無標識生化学物質検出としては最初の結果である。測定時、SERS活性金属としてAuナノワイヤ及びAuナノ粒子を使用したが、本発明がこれに限定されるものではない。
反応炉で、気相輸送法を利用し、Au単結晶ナノワイヤを合成した。
表面改質を通じて製造されたAu単結晶ナノワイヤの表面にビオチンを形成させた。詳細に、製造されたAu単結晶ナノワイヤを1mLの0.4mM EZ−Link Biotin−HPDP(Pierce、21341)ジメチルホルムアミド(DMF)溶液に含浸させて、ビオチンが備えられるように表面改質した後、DMF溶媒を利用して洗浄した後、1mLリン酸緩衝食塩水(PBS;Phosphate Buffered Saline solution、以下PBS)水溶液に保管した。同様に、平均粒径が10nmであるAuナノ粒子(Sigma-Aldrich, G1527)を2μlの0.4mM EZ−Link Biotin−HPDP(Pierce、21341)DMF溶液に含浸させて、ビオチンが備えられるように表面改質した。
(数式1)
EF=(Isers×Nbulk)/(Ibulk×Nsers)
アビジン検出と類似したAuナノワイヤ及びAuナノ粒子、アビジン検出と類似したSERS測定条件を利用してDNAを検出した一例を詳述する。
病原菌を検出することは医学的に重要である。なぜなら、これらが相当な疾病率と高い死亡率を有した様々な伝染病を誘発するからである。Enterococcus faecium(E. faecium)とStaphylococcus aureus(S. aureus)は、高い発生率と死亡率を有した血流疾患の最も有力な病原菌である。Stenotrophomonas maltophilia(S. maltophilia)は、免疫体系が正常に作用しない患者、臓器移植者、嚢胞性線維症(CF)を有した人々に重要な病原菌である。Vibrio vulnificus(V. vulnificus)は、数日内に速く進行されて、50%以上の高い死亡率を示す敗血症と胃腸炎の原因となる。
200 貴金属ナノ粒子
110 第1受容体
210 第2受容体
300 生化学物質
Claims (14)
- 表面増強ラマン散乱(SERS;Surface-Enhanced Raman Scattering)を利用して、分析対象が含む生化学物質の存在または含量を検出するための方法であって、
a)第1受容体が形成された単結晶体貴金属ナノワイヤ及び第2受容体が形成された貴金属ナノ粒子を分析対象物質と接触させて、前記分析対象物質と前記第1受容体の結合、及び前記分析対象物質と前記第2受容体の結合により、前記分析対象物質を中心に前記貴金属ナノワイヤに前記貴金属ナノ粒子を結合させるステップと、
b)前記貴金属ナノワイヤを焦点に前記貴金属ナノ粒子が結合された貴金属ナノワイヤに、偏光されたレーザービームを照射し、表面増強ラマン散乱スペクトルを得るステップと、
を含んで行われる生化学物質検出方法。
- 貴金属ナノワイヤまたは貴金属ナノ粒子と分析対象物質間の結合が、酵素−基質、抗原−抗体、蛋白質−蛋白質、DNA間の相補的結合、またはビオチン−アビジン結合であることを特徴とする、請求項1に記載の生化学物質検出方法。
- 貴金属ナノワイヤの長軸長さが、1μm以上であり、貴金属ナノワイヤの長短軸比(aspect ratio、ナノワイヤ長軸長さ/短軸長さ)が、5〜150であることを特徴とする、請求項1に記載の生化学物質検出方法。
- 貴金属ナノ粒子の平均粒子大きさが、5nm乃至20nmであることを特徴とする、請求項3に記載の生化学物質検出方法。
- 貴金属ナノワイヤの単位表面積当たり貴金属ナノワイヤ表面に結合された貴金属ナノ粒子の数である結合密度が、前記貴金属ナノワイヤの単位表面積当たり存在するホットスポット(hot spot)の数であるホットスポット密度と同一であることを特徴とする、請求項1に記載の生化学物質検出方法。
- 分析対象物質がアビジンを含み、第1受容体及び第2受容体がそれぞれビオチンを含み、貴金属ナノ粒子が、貴金属ナノワイヤ及び貴金属ナノ粒子のそれぞれに形成されたビオチンがアビジンを中心に結合したビオチン−アビジン−ビオチンの結合により、貴金属ナノワイヤ表面に自己組織化(self-assembled)されたことを特徴とする、請求項2に記載の生化学物質検出方法。
- アビジンが、検出対象である生化学物質と特異的に結合したアビジンであることを特徴とする、請求項6に記載の生化学物質検出方法。
- 分析対象物質がターゲットDNAを含み、第1受容体がプローブDNAを含み、第2受容体がラマンダイ(Raman dye)が付着されたレポーターDNAを含み、
前記ターゲットDNAと前記プローブDNAの相補的結合及び前記ターゲットDNAと前記レポーターDNAの相補的結合により、前記貴金属ナノ粒子が前記貴金属ナノワイヤ表面に自己組織化されたことを特徴とする、請求項2に記載の生化学物質検出方法。
- 物理的に分離されており、互いに異なる第1受容体が形成された二つ以上の単結晶体貴金属ナノワイヤ及び互いに異なる第2受容体が形成された貴金属ナノ粒子を分析対象物質と接触させて、貴金属ナノワイヤ別に異なる生化学物質が検出されることを特徴とする、請求項1に記載の生化学物質検出方法。
- 物理的に分離されており、互いに異なるプローブDNAが形成されたN(N>1の自然数)個以上の単結晶体貴金属ナノワイヤ及びラマンダイが付着されたレポーターDNAが形成された単一の種類の貴金属ナノ粒子を、1乃至N個のターゲットDNAを含有する分析対象物質と接触させ、貴金属ナノワイヤ別に異なるターゲットDNAが検出されることを特徴とする、請求項1に記載の生化学物質検出方法。
- 一つ以上の貴金属ナノワイヤが、基板上位置アドレッシングにより分別されることを特徴とする、請求項9または10に記載の生化学物質検出方法。
- 検出対象である生化学物質がDNAであり、検出対象であるDNAの濃度(M)10−11乃至10−8でDNA濃度と、ステップb)の表面増強ラマン散乱スペクトルの強度が線形的に比例することを特徴とする、請求項1に記載の生化学物質検出方法。
- 貴金属ナノワイヤが、Au、Ag、PtまたはPdナノワイヤであり、貴金属ナノ粒子が、前記貴金属ナノワイヤと同一物質であるAu、Ag、PtまたはPdナノ粒子であることを特徴とする、請求項3に記載の生化学物質検出方法。
- 表面増強ラマン散乱が、貴金属ナノワイヤを焦点として有する偏光されたレーザービームが単一の貴金属ナノワイヤの長軸方向中心に照射されて発生されることを特徴とする、請求項1に記載の生化学物質検出方法。
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