ナノプローブ（デバイス）

アルゴンヌ国立研究所先端光子源のナノプローブ。

ナノプローブは、光ファイバーを先端まで細くして 100 nm = 1000オングストロームの幅にした光学デバイスです。

ナノプローブはバイオイメージングにおいて、細胞や組織のコントラストと空間分解能を向上させるために使用することができます。[1]バイオイメージングに使用されるナノプローブの種類には、蛍光、化学発光、光音響イメージングなどがあります。[1]

ラマン散乱入門

光が物質と相互作用すると、ラマン散乱[2]と呼ばれる現象が発生し、試料の振動周波数に関する重要な情報が得られます。この現象は、試料中の分子が入射光と相互作用し、散乱することで発生します。散乱光は構成分子の振動モードに関する情報を持っているため、物質ごとにラマンスペクトルは異なります。

ラマン散乱: レーザー照射された物体からの光の反射。

銀ナノ粒子の非常に薄いコーティングは、光のラマン散乱効果を高めます。（レーザー光を照射した物体から光が反射する現象をラマン散乱と呼びます。）反射光は、各物体（この場合はサンプル）に固有の振動エネルギーを示し、これを特性評価および識別することができます。

銀ナノ粒子

  1. 銀ナノ粒子[3]は、化学的安定性、高い導電性、局在表面プラズモン共鳴、触媒活性により大きな注目を集めています。
  2. この技術における銀ナノ粒子は、電子の急速な振動を生じさせ、振動エネルギーを増加させ、それによってラマン散乱（一般に表面増強ラマン散乱（SERS）として知られている）を増強します。
  3. これらの SERS ナノプローブはより高い電磁場を生成し、より高い信号出力を可能にし、最終的にはサンプルの正確な検出と分析を実現します。

強化された信号出力

ナノプローブという用語は、より一般的には、ナノ量を扱う化学または生物学的手法、つまりマイクロリットルやマイクログラムではなくナノリットルやナノグラム単位で測定される物質の導入または抽出を指すこともあります。例えば、

半導体製造において、ナノプロービングは従来のICの故障解析やデバッグだけでなく、トランジスタ設計、回路・プロセス開発、さらには歩留まり工学にも応用できる可能性を示しています。[7]

糖尿病の検出におけるナノプローブの使用

ナノテクノロジーのソリューションは、糖尿病の診断と早期治療に活用できます。糖尿病には1型[8]と2型[8]の2種類があります。通常の血糖値測定には、指に穴を開けるという痛みを伴う検査が必要です。しかし、ナノテクノロジーの新たな革新により、非侵襲的に血糖値を測定できるようになり、糖尿病の早期発見につながっています。[9]ナノプローブデバイスは、糖尿病管理、遺伝子治療、膵島細胞スクリーニング、移植前検査に不可欠なインスリンモニタリングシステムを改善しました。[9]

ナノテクノロジーでグルコースセンサーを強化する主な方法は2つある。

  • ナノ強化グルコースセンサー：[10]
    1. ナノテクノロジーでグルコースセンサーを改良する主な 2 つの方法。
    2. 最初の方法: 通常のセンサー部品を使用しますが、小さなナノ構造のものを追加します。
    3. 利点: 表面積が大きいほど、応答が速くなり、活動が向上します。
    4. 継続的なモニタリングに使用すると、汚れや免疫反応による寿命の短縮など、現在のセンサーと同様の問題が発生する可能性があります。
  • ナノスケールセンサーの製造: [10]
    1. 2 番目の方法: あらゆる寸法においてセンサーを超小型にします。
    2. 利点: 注入が可能で、使いやすい。
    3. 体の免疫反応を引き起こす可能性が低いため、効果が長く続く可能性があります。
    4. しかし、これらは現在のセンサーとはかなり異なっており、患者に適用できるようになるまでにはさらなるテストが必要です。

参照

参考文献

  1. ^ ab Jeong K, Kim Y, Kang CS, Cho HJ, Lee YD, Kwon IC, et al. (2016年4月). 「光バイオイメージングのためのナノプローブ」. Optical Materials Express . 6 (4): 1262– 1279. doi : 10.1364/OME.6.001262 .
  2. ^ 「ラマン散乱」、Wikipedia、2024年2月10日、 2024年4月21日閲覧
  3. ^ 「シルバー」、Wikipedia、2024年4月10日、 2024年4月21日閲覧
  4. ^ Wu HF, Agrawal K, Shrivas K, Lee YH (2010年12月). 「多機能ナノプローブの粒子イオン化／濃縮について：洗浄／分離フリー、ESI-MSにおける裸TiO2ナノ粒子を用いたタンパク質のマイクロ波支援トリプシン消化の加速および濃縮、およびMALDI-MSとの比較」Journal of Mass Spectrometry . 45 (12): 1402– 1408. Bibcode :2010JMSp...45.1402W. doi :10.1002/jms.1855. PMID  20967754.
  5. ^ Khandelwal P, Beyer CE, Lin Q, Schechter LE, Bach AC (2004年7月). 「ナノプローブNMR分光法を用いたラット脳神経化学の研究：メタボノミクス的アプローチ」.分析化学. 76 (14): 4123– 4127. doi :10.1021/ac049812u. PMID  15253652.
  6. ^ Panchapakesan B、Book-Newell B、Sethu P、Rao M、Irudayaraj J (2011 年 12 月)。 「セラノスティクス用の金ナノプローブ」。ナノ医療。6 (10): 1787–1811。土井:10.2217/nnm.11.155。PMC 3236610。PMID  22122586。 
  7. ^ Ukraintsev V (2014). 「集積回路の処理、計測、制御における最新動向」SPIE Newsroom . doi :10.1117/2.1201312.005247.
  8. ^ ab 「1型糖尿病と2型糖尿病 | UVA Health」uvahealth.com . 2023年11月30日閲覧。
  9. ^ ab Lemmerman LR, Das D, Higuita-Castro N, Mirmira RG, Gallego-Perez D (2020年6月). 「糖尿病に対するナノメディシンに基づく戦略：診断、モニタリング、治療」. Trends in Endocrinology and Metabolism . 31 (6): 448– 458. doi :10.1016/j.tem.2020.02.001. PMC 7987328. PMID 32396845  . 
  10. ^ ab Cash KJ, Clark HA (2010年12月). 「糖尿病における血糖モニタリングのためのナノセンサーとナノマテリアル」. Trends in Molecular Medicine . 16 (12): 584– 593. doi :10.1016/j.molmed.2010.08.002. PMC 2996880. PMID 20869318  . 
  • frost.com
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