東大,スマホによる小型蛍光顕微鏡を開発

東京大学の研究グループは,高感度で定量性の高い1分子デジタル計測法を,スマートフォンで簡便にできる小型蛍光顕微鏡を開発した(ニュースリリース)。

近年,感度よく迅速にバイオマーカーである分子を検出できる方法として,1分子レベルで標的分子を検出する1分子デジタル計測手法が注目されている。これは,数10万個のマイクロメートルサイズの微小液滴に標的となるバイオマーカーである分子を確率的に1個ずつ閉じ込め,分子に起因する信号を2値化して,「1」の信号を発する液滴の数から標的分子を定量・検出する手法。

デジタル計測を行なうためには,マイクロメートルサイズの液滴を観察するための対物レンズ,蛍光を観察するための励起光源,励起光や背景光を除去するためフィルター,高感度なCMOSカメラが必要で大型な蛍光顕微鏡を用いており,臨床現場即時検査への実用化のためには,コンパクトな計測系の開発が不可欠だった。

研究グループが開発したスマートフォンを検出器とした持ち運び可能な小型蛍光顕微鏡のプラットフォームは,23cmx10cmx7cmと小型で簡単に持ち運ぶことが可能。

今回の研究では光学系を小型化するために,微小液滴のアレイが並んでいるデバイスの土台であるガラス基板を導波路とした全反射照明系を使用した。全反射照明ではガラス内を全反射させることによって反射界面に生じるエバネッセント光を励起光として用いる。

エバネッセント光は界面から100nm程度の限定した領域しか届かないため,安価なフィルターでも十分に励起光に起因した背景光を取り除くことが可能となる。

研究ではマイクロデバイスの端を黒いゴムで挟み込み,LED光をガラス端から入れることによって,全反射を引き起こさない角度の励起光を妨げながらエバネッセント場を生じさせ,大型なCMOSカメラの代わりにスマートフォンのCMOSカメラを蛍光検出器として採用した。

この検出器を用いて,酵素(ALP)を用いたデジタル酵素アッセイに成功し,さらに1粒子のインフルエンザを検出するデジタルインフルエンザ計測にも成功した。従来の蛍光顕微鏡に比べて感度は劣るものの,病院で使用されるイムノクロマト法によるインフルエンザ検出キットよりも100倍も高い感度を示したとする。

また実際のインフルエンザ患者のうがい液からのウイルス検出もできたという。研究グループは,今回の研究で開発された小型蛍光顕微鏡を使用することで,高感度なデジタル計測を場所問わず実施できるようになり,早期の診断が可能になるとしている。

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