Research press release

低濃度分子を高感度で検出するバイオセンサー

Nature Materials

Biosensors for which less is more

標的分子の濃度が低いとシグナルが強くなるバイオセンサーが、今週のNature Materials電子版に報告されている。このバイオセンサーは、全血清中の癌バイオマーカー前立腺特異抗原を検出できるが、このような逆の感度を示すため、現行の超高感度アッセイの検出限界の10分の1未満の濃度でも検出が可能である。

従来のセンサーは濃度に正比例するシグナルを生成するので、確信を持って超低濃度の標的分子を検出することは困難であった。今回、Molly Stevensらは、プラズモニックナノセンサーとして金ナノスターを用い、さらにグルコースオキシダーゼ(GOx)という酵素を利用して銀ナノ結晶の結晶化速度を制御することにより、シグナル-濃度依存性が反比例するシグナル生成機構を設計した。つまり、GOx 濃度が低いと結晶化速度が遅いので、ナノスター表面に銀がコーティングされ、局所表面プラズモン共鳴のシフトという形で強いシグナルが発生する。これに対して、GOx濃度が高いと結晶成長が速くなるため、溶液中で銀ナノ結晶が形成されてしまいナノスターに銀が析出しにくくなるので、シグナルは弱くなる。

GOxは抗体と結合可能なので、このナノセンサーは、一般的に酵素結合免疫測定法において超低濃度抗原の検出に使うことができる。また、Stevensらは、このナノセンサーが他のタンパク質による干渉の影響を受けにくいことも示している。

Biosensors that generate a signal that is larger when the concentration of the target molecule is lower are reported online in Nature Materials this week. This inverse sensitivity allows the detection of the cancer biomarker prostate-specific antigen in whole serum at a concentration at least ten times lower than the limit of detection of current ultrasensitive assays.

Because conventional sensors generate a signal that is directly proportional to concentration, it is difficult to detect ultralow concentrations of a target molecule with confidence. Molly Stevens and colleagues designed a signal-generation mechanism that makes the signal-concentration dependence inversely proportional. They used gold nanostars as plasmonic nanosensors, and the enzyme glucose oxidase (GOx), which controls the rate of crystallization of silver nanocrystals. At low concentrations of GOx, the slow crystallization rate leads to the growth of a conformal silver coating on the nanostars, which induces a large signal in the form of a shift in their localized surface plasmon resonance. High GOx concentrations result in a smaller signal because fast crystal growth leads to the formation of silver nanocrystals in solution, and thus to less silver deposited on the nanostars.

Because GOx can be bound to antibodies, the nanosensors can be generally used to detect ultralow concentrations of antigens in enzyme-linked immunoassays. The authors also show that the nanosensors are robust against interference by other proteins.

doi: 10.1038/nmat3337

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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