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新しいフォトニック結晶アプローチにより、バイオマーカーの高感度かつ低コストな検出が可能になる

研究の著者、左から右へ：ジョセフ・ティブス、ブライアン・カニンガム、シーメッシュ・バスカー、ウェイナン・リュー。提供：イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校 バイオマーカーは、多くの場合症状が現れる前から基礎疾患を示すことができるため、研究者にとって興味深い小さな分子です。しかし、これらのマーカーは、特に疾患の初期段階では、非常に微量で存在することが多いため、検出が困難な場合があります。従来の検出方法は効果的ですが、通常、プリズム、金属フィルム、光学対物レンズなどの高価な部品が必要です。 最近発表された論文では、 応用物理学レターイリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の研究者らは、低濃度のバイオマーカーを検出する新しいアプローチを発表した。これは、使いやすく、感度が高く、驚くほど手頃な価格のバイオ検出技術への道を開くものである。 「この技術の目標は早期診断で、病気に関連する分子を非常に低い濃度、時には数百万個中数個の分子という非常に低い濃度で、非常に早い段階で検出できるようにすることです」と、ブライアン・カニンガム研究室の博士研究員でこの研究の第一著者であるシーメッシュ・バスカー氏は述べた。「例えば、非常に低い濃度のマイクロRNA、循環腫瘍DNA、エクソソームを探すことは、患者が1年後か2年後に癌を発症するかどうかを判定するのに役立ちます。」 バイオマーカーの早期検出は、病気を効果的に予測し、管理するために不可欠です。バイオマーカーの存在と濃度を測定するための戦略は数多くありますが、一般的なアプローチは、光で励起されると蛍光を発する蛍光体と呼ばれる蛍光分子とバイオマーカーを結合させることです。 バスカー氏は、こうした低レベルの蛍光バイオマーカーを検出するのに適した技術は存在するものの、それらはかさばり高価であることが多く、特に資源が限られた地域では医療現場での利用が制限されると指摘した。 このアプローチには、放射導波モード共鳴と呼ばれる光検出の新しい現象が組み込まれており、表面に小さな格子がある薄いガラス片であるフォトニック結晶が利用されています。これらの格子は、ステアリング効果によってバイオマーカーから放出される小さな光の粒子である光子を経路に沿って誘導するのに役立ちます。この経路は、バイオマーカーから放出される蛍光の波長に合わせて「調整」され、光の収集を最適化し、検出感度を高めます。 バスカー氏はこれを結晶内の光エネルギーのリズミカルなダンスに例え、光がフォトニック結晶の特性を帯びながら増幅される様子を説明しています。結晶の特性の 1 つである偏光選択は光の偏光を均一にし、蛍光をより明瞭かつ鮮明に検出できるようにします。これらを組み合わせることで、出力は 100 倍強くなります。 「私にとって、これは光そのものの特性を調べるまったく新しい方法です」とバスカー氏は言う。「光子はフォトニック結晶を通過する際に適応し、変化し、進化します。光は本質を失うことなく新たな特性を獲得します。これは光の適応力と変革力の証です。」 この新しい現象の発見により、高価な部品に頼ることなくピコモルレベルで分子を検出できる将来の検出プラットフォームの基盤が整い、バイオ検出技術の感度、アクセス性、および手頃な価格が向上します。 詳しくは： Seemesh Bhaskar 他「フォトニック結晶結合型強化ステアリング発光：プリズムフリー、対物レンズフリー、金属フリーのロスレスバイオセンシングアプローチ」 応用物理学レター （2024年）。DOI: 10.1063/5.0203999 イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校提供 引用: 新しいフォトニック結晶アプローチにより、バイオマーカーの高感度かつ手頃な検出が可能に (2024 年 5 月 31 日) 2024 年 5 月 31 日に https://phys.org/news/2024-05-photonic-crystal-approach-enable-sensitive.html…