神経伝達物質の非標識検出に向けた分子インプリント法によるMEMS光干渉型表面応力センサの作製と評価

摘要

ヒトがウイルスに感染した場合や細胞がストレスにさらされた場合, 病変局所において前者は病原体関連分子が,後者は炎症性物質として様々な分子パターンが樹状細胞やマクロファージへと伝達される. この低分子から高分子にいたる様々な分子の濃度変化を迅速に検出することにより, 急性の脳機能障害や感染症の患者に対し, 病気の進行度に応じた適切な処置が可能となり, 死亡率や後遺症の発生確率を低下させることができる. このような分子パターンの検出に向けて, 半透膜を介して脳脊髄液や血液等から連続的に分子を回収するマイクロダイアリシスと, その後段にHPLCやDigital ELISAを接続した計測システムが提案され, これまで広く研究されてきた. しかしながら, 複数種の分子を同時に計測する場合,1サンプリングあたり数十分の解析時間がかかり, リアルタイム性に欠ける課題がある. また, 装置自体の小型化が困難であるため，可搬性に乏しい課題があった. したがって, これに替わる検出方法として, これまでに酵素反応や抗体・アプタマーを利用したFET 型バイオセンサや, 受容体結合タンパク・抗体を利用した MEMS 型表面応力センサ等が開発され,各々の高感度化が進められてきた. 前者のFETを用いたセンサでは, 高分子の前立腺特異抗原（PSA）および低分子の神経伝達物質であるアセチルコリン（ACh）を各々濃度23 fg/ml–500 ng/ml, 0.5-1000 µMの広いダイナミックレンジで検出に成功している. 高性能センサとして広く研究されている反面, 高分子の検出において, デバイ長を拡張するために緩衝液中の塩濃度を 100 倍以上希釈する必要があるため, 実際の生体環境下における分子本来の挙動を捉えることが困難となる. したがって, 生体環境下での測定では, デバイ長の拡張を必要としない DNA や RNA, 神経伝達物質の検出に有効なツールとして今後の応用が期待されている. 他方で, 後者の表面応力センサは, 吸着分子が発生するストレスに起因した機械的変位量を, 電気信号へ変換する信号変換効率が材料の物性値によって制限を受けるため, 素子面積を数百 µm~数 mm 角程度に拡張することで検出感度の向上を実現してきた. これにより, PSAおよびAChを各々0.6 µg/ml, 10 nMの最小検出限界で検出することに成功している. しかしながら, センサ1素子あたりの面積が広く, 単位面積当たりの集積度が低い課題がある.