黄色ブドウ球菌検出用バイオセンサーにおけるカーボンナノチューブの応用

記事執筆者:

• ナディア・ナタリア・パサリブ (4213510005)
• ジョイ・セルジオ・シトゥオモラン (4212610003)
• ナオミ・シホタン (4213510009)
• シャフィラ・スギリ (4212510003)
• テッサロニキ シマンジュンタク (4213510022)

メダン州立大学 2021 年度化学専攻生

ナノテクノロジーコースの課題を遂行するためのプロジェクトとして、講師のMoondra Zubir、S.Si、M.Si、Ph.Dと協力

カーボンナノチューブ ナノメートルスケールの直径とマイクロメートルスケールの長さを持つ 1 次元の円筒形です。カーボンナノチューブは、円筒形に巻かれた 1 原子厚のグラファイトシートで、直径がナノメートルのオーダーです。CNT の識別に使用される一般的な手法には、次のものがあります。

• 透過型電子顕微鏡 (TEM): この技術では、高エネルギー電子ビームを使用して CNT の高解像度画像を生成します。TEM を使用すると、CNT の直径、カイラリティ、壁層の数を判定できます。
• 走査型電子顕微鏡 (SEM):SEM は CNT の表面形態を観察するために使用されます。SEM は CNT 表面の長さ、直径、欠陥に関する情報を提供できます。
• 赤外線分光法（FTIR）：FTIRは、特定の赤外線波長におけるCNT分子の吸収を測定するために使用されます。FTIRは、CNT表面の官能基を識別するために使用できます。

カーボンナノチューブ構造

グラファイトシートを円筒状に巻いたものに似ている。グラファイトは六角形構造に配列した炭素原子から構成される。この六角形構造はさまざまな方法で巻くことができ、異なるタイプのCNTを生成する。

• 単層カーボンナノチューブ (SWCNT): SWCNT は、円筒状に巻かれた 1 枚のグラファイトシートで構成されています。SWCNT の直径は通常 1 ～ 10 ナノメートルの範囲です。

• 二層カーボンナノチューブ (DWCNT): DWCNT は、同心円状に巻かれた 2 枚以上のグラファイト シートで構成されています。DWCNT の直径は通常 5 ～ 20 ナノメートルの範囲です。

• 多層カーボンナノチューブ（MWCNT）：MWCNTは多数のグラファイトシートを巻き合わせて作られています。MWCNTの直径は数ナノメートルから数マイクロメートルまでさまざまです。

バイオセンサー

バイオセンサーは、ナノスケール技術を使用して、生物学的サンプル内の分子を高感度かつ優れた解像度で検出する生物学的検出ツールです。

バイオセンサーは、次の 2 つの主要コンポーネントで構成されています。

• 生物学的要素（バイオレセプター）：標的物質（分析物）を選択的に認識し、結合する機能。バイオレセプターの例としては、酵素、抗体、DNA、細胞などがあります。
• トランスデューサー: バイオレセプターと分析対象物間の生体特異的相互作用を、光学信号、電気化学信号、音響信号、熱信号などの測定可能な信号に変換します。

バイオセンサーには、次のようないくつかの重要な特性があります。

• 感度: 単位あたりの分析対象物質の濃度の変化に反応するセンサーの能力。
• 選択性: センサーがターゲット分析物にのみ反応し、他の干渉物質の影響を受けない能力。
• 範囲: センサーが良好な感度を示す分析対象物の濃度範囲。
• 応答時間: 分析対象物質の濃度の変化に対してセンサーが最終応答の 63% に達するまでに必要な時間。
• 再現性: センサーで得られる測定結果の精度。
• 直線性: 測定された信号と分析対象物の濃度との間の直線関係。
• 堅牢性: 特定の環境条件に耐えるセンサーの能力。
• 使いやすさ: ユーザーによるセンサーの使いやすさ。

カーボンナノチューブのバイオセンサー技術