DNAは分子認識や自己組織化能を持ち、金属ナノ粒子は光との相互作用で近接場光を生じます。我々は、この二つを融合させ、超高感度かつ迅速な核酸検出を可能にする「フォトニックDNAセンサー」の開発を進めています。併せて、この融合で生じる光電流増幅や分子検出機能を解明し、次世代診断技術への応用を目指しています。
本研究では、DNAの分子認識機能と金ナノ粒子（AuNP）の近接場光効果を組み合わせ、背景ノイズを抑えつつ光電流を増幅する「フォトニックDNAセンサー」を開発を目指しています。これによりPCRを使わずに極微量核酸を直接検出できる新しい計測原理を確立することを目指します。この技術が進展すれば、体液中のバイオマーカーをその場で解析できる小型診断デバイスが実現し、個別化医療や感染症対策に大きく貢献すると期待されます。
感染症やがんの早期診断、遺伝子解析には、微量のDNAやRNAを迅速かつ高感度に検出する技術が求められます。現在、DNAやRNAの解析法は、リアルタイムPCRや次世代シークエンシング（NGS）が主流ですが、試料調整の複雑さや高コスト、時間の長さが課題です。そこで、PCRを使わずに体液中の微量核酸を直接・高感度に検出できる新技術が求められています。注目されるのが、金ナノ粒子（AuNP）と光の相互作用による近接場光を活用した光電気化学的アプローチです。AuNPは強い光捕集能力を持ち、DNAの分子認識機能と組み合わせることで、従来の電気化学法では難しかった高感度・高選択的な検出が可能となります。さらに、ナノスケールで構造を設計することで光信号を大きく増幅し、迅速な核酸検出や解析へとつながります。
本研究では、金ナノ粒子（AuNP）とDNAの複合体を構築し、光照射によって生じる近接場光を利用することで、光電流を大幅に増幅する技術を開発しました。DNAに光応答色素を導入し、AuNPの周囲に精密に配置することで、電子移動経路を制御し、効率的な電荷分離を実現しました。さらに、DNAの二本鎖形成を利用してAuNPをナノスケールで配列制御し、多層ナノ構造による局在電場の強化を確認しました。これにより、従来困難であった迅速・高感度核酸検出が可能となり、「その場診断（POCT）」を実現する次世代医療診断デバイスの開発につながることを示しています。
具体的には、以下のような研究に結びつくと考えられます。
・PCRを必要としない迅速で高感度な感染症診断技術
・体液中バイオマーカーを標的とした個別化医療デバイス
・小型で安価な次世代リキッドバイオプシー検査システム
