新しいバイオイメージングツール テラヘルツ波ケミ...

新しいバイオイメージングツール テラヘルツ波ケミカル顕微鏡

紀和 利彦

テラヘルツ波ケミカル顕微鏡

酵素反応

pH分布計測

µ-TAS評価

非標識抗原抗体反応

触媒電極反応 従来のテラヘルツ分光とは全く異なる原理 さまざまな可視化アプリケーションを提供

化学ポテンシャル・電気ポテンシャルを可視化する 岡山大学独自の技術

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SiO2 Film (275 nm) Si Film (150 nm) Sapphire Substrate (600 µm)

フェムト秒レーザー照射 波長 800 nm

テラヘルツ波発生

試料溶液 触媒など

THz 強度変化 センシングプレート表面で 化学ポテンシャル等が変化

基本原理

センシングプレート

レーザー走査でポテンシャル分布を計測 レーザー波長程度の高い空間分解能が実現可能

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テラヘルツ波発生

fs Laser

THz

Si Si

ポテンシャル変化

Sapphire Sapphire SiO2 SiO2

空乏層電界

空乏層電界

ポテンシャル変化により空乏層電界が変化

電子の加速度が変化

THz強度が変化

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Sapphire Substrate Si Thin Film

SiO2 Thin Film

フェムト秒レーザー

テラヘルツ波

電極

Ec

Ev

Ef Ene

rgy

Depth

電位変化vs.テラヘルツ波強度変化 5

TCM概観

照射レーザー

検出同期用レーザー

THｚ

30 mm

センシングプレート

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非標識抗原抗体反応検出

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順 製品名 売上 順 製品名 売上

1 リピトール/高脂血症 12,023 12 セロクエル/統合失調症 5,626

2 プラビックス/抗血小板薬 9,426 13 シングレア/抗喘息薬 5,410

3 レミケード/リュウマチ(注射） 8,065 14 ジプレキサ/統合失調症 5,026

4 セレタイド/抗喘息薬 8,029 15 ネキシウム/抗潰瘍剤 4,969

5 リツキサン/リンパ腫 7,833 16 アクトス/2型糖尿病 4,946

6 エンブレル/リュウマチ（注射） 7,279 17 ランタス/糖尿病 4,651

7 ディオバン/降圧剤 7,074 18 エスポー/腎性貧血（注射） 4,590

8 アバスチン/結腸癌（注射） 6,867 19 エビリファイ/統合失調症 4,485

9 クレストール/高脂血症 6,834 20 グリベック/抗癌剤 4,265

10 ヒュミラ/リウマチ(注射） 6,752 21 ブロプレス/降圧剤 4,220

11 ハーセプチン/乳癌(注射) 5,770 －

医薬品売上$40億以上世界ランキング2010年（単位百万ドル）

単位：百万ドル セジテム・ストラテジックデータ(株) 2011.8.2より

抗体医薬品市場

創薬のトレンドは，副作用の少ない「抗体」医薬 かつ 経口可能な「低分子」医薬

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従来の抗原抗体反応検出

• ELISA法（従来技術） – メリット 高感度 – デメリット 標識タンパク必須

• SPR法（トレンド技術） – メリット 標識タンパク不要 時間変化観測可 – デメリット 低分子量で低感度

• TCM法（本技術） – メリット 標識タンパク不要 時間変化観測可 低分子量でも高感度 – デメリット 未確立

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抗原抗体反応検出例 10

低分子検出例

液体中での反応を検出 低分子量（～１０００）物質でも高感度検出可能 時間応答の計測が可能

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信号ドリフト削減

信号ドリフト原因 ・pH変化 ・温度変化 など

反応部と未反応部の信号を 空間で干渉させることでドリフトを キャンセル

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開発課題

・信頼性向上 検出感度限界評価 再現性評価 タンパク質固定化技術向上

・低価格プレート 新材料・構造検討 耐久性評価

現在の開発状況

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企業への期待

・測定実績の蓄積

・ＴＣＭアプリケーションの共同提案 ・その他，テラヘルツ分光分析相談

岡山大学

プレートの供給 評価計測

測定サンプル提供 ニーズ提案

創薬企業 バイオ計測機器企業

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ＴＣＭアプリケーション

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ＴＣＭアプリケーション

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触媒電極反応の可視化

燃料電池電極評価ツール（反応・劣化メカニズム） センサ新材料開発ツール

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イオン濃度の可視化

0 200 400 600

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60

TH

z A

mplit

ude (

mV

)

Time (s)

10-5 M 10-4 M 10-3 M

10-2 M

10-1 M

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.00.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

THz A

mpl

itude

(mV)

Y ax

is (m

m)

X axis (mm)

-8.0

-4.0

0.0

4.0

8.0

細胞膜評価 バイオセンシングツール

ナトリウムイン検出例

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ＴＣＭ知財

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関連特許

発明の名称 特許番号等 発明者 出願人 権利化状況

1 物質分布の計測装置 特許第4183735号 USPAT.No. 8300223 B2

紀和、塚田 岡山大学 JSTの支援によりUS移行

特許登録H20.9.12 米国権利済 Oct.30 2012

2 物質検出装置及び物質検出方法

特許第4360687号

紀和、塚田、川山、斗内

岡山大学 特許登録 H21.8.21

3 パルス電磁波を用いた計測装置及び計測方法

特願2010-025991 ＰＣＴ／ＪＰ２０１１／０５２５２９

紀和、塚田 岡山大学 JSTの支援によりUS移行済み

1：本件計測装置全般に関する基本特許 2：電磁波変換チップに関する特許 3：信号ドリフト除去方法

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ＪＳＴ支援

研究成果最適展開支援事業 本格研究開発 ハイリスク挑戦タイプ 課題名：電磁波変換チップを用いた超高感度タンパク質分析装置の開発 実施期間：H.21.12.1-H.23.11.30 研究成果展開事業 産学共創基礎基盤研究 技術テーマ「テラヘルツ波新時代を切り拓く革新的基盤技術の創出」 課題名：レーザー走査型テラヘルツイメージングシステムの開発と応用分野開拓 実施期間：H.23.7.1-H.27.3.31

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問合せ先

岡山大学大学院自然科学研究科 紀和 利彦 e-mail: kiwa@okayama-u.ac.jp Phone&FAX: 086-251-8130

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岡山大学知的財産ﾏﾈｰｼﾞｬｰ 平野 芳彦 e-mail: y-hirano@cc.okayama-u.ac.jp Phone: 086-251-8476 FAX: 086-251-8961