バイオセンサー：核磁気共鳴で読み取れる高感度ナノプローブとしての形状変化する磁性集合体

蛍光やプラズモンを利用した標識やセンサーは、細胞過程や生体分子過程の可視化に役立ち、分子生物学に革命をもたらした。今では次第に、そうしたプローブが近赤外領域の波長に応答するよう設計されるようになっている。近赤外領域では、組織の自家蛍光や光子減衰が少ないため、表面下のin vivoセンシングが可能になる。しかし、近赤外領域であっても、深さが増すにつれて光学分解能や感度は急速に低下する。今回我々は、核磁気共鳴（NMR）ラジオ周波数スペクトル領域で動作させることによって光学的に扱える必要性をなくすセンサー設計について報告する。このスペクトル領域では、組織や生体媒質による信号の減衰やひずみが無視でき、バックグラウンド干渉が消失し、標準的な磁気共鳴イメージング（MRI）装置を用いてセンサー位置を空間的に特定できる。今回提示するラジオ周波数で扱えるセンサー集合体は、2枚の円盤状磁性体で膨潤性ヒドロゲル材料を挟んだものからなり、選択された刺激に迅速に応答して可逆的に形が変わり、その形状に依存してNMRスペクトルに動的な特徴をもたらす。このセンサーは、生体適合性材料から作製でき、センサー自体を低濃度まで検出でき、従来の磁気共鳴分光法の100万倍近い応答性NMRスペクトルシフトをもたらす可能性がある。こうした形状変化システムは、固有の適合性を持つことから、数多くのさまざまな環境指標や生理学的指標を測定できると考えられる。従って、基礎化学、生物学、医学、工学研究用に広く一般化可能でMRI適合性のある、光学プローブに類似したラジオ周波数プローブが得られる。

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