ついで、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いてグラフェン上のウイルスを観察する手法を開発した。通常、グラフェン上のウイルスをSEMで観察すると黒いシミのようにしか観察できず、明瞭にウイルスと判定することは困難であった。本研究で、グラフェン上のウイルスを化学薬品を用いて固定化し、金属薄膜をコートすることにより、明瞭にウイルスを観察することが可能になった。この手法を抗体を修飾したFETと修飾しないFETに適用しそれぞれのウイルス数をカウントしたものを図9に示す。FETアレイの左側は抗体を修飾した領域であり、ここではウイルスの結合数は２１から５１と分布しており、その平均数は３７である。またFETアレイの右側は抗体を修飾していな領域であり、ウイルスの結合数は１から9と分布しており、その平均数は４である。従って、抗体のある領域では抗体のない領域と比較して約１０倍のウイルスが結合していることが判明した。これにより抗体に選択的に結合しているウイルスが多数存在していることが確認できた。

◇唾液からの簡便なウイルス検出システムの開発

 新型コロナ患者の唾液から、新型コロナウイルスを検出する実験を行った。唾液の洗浄に関してマイクロ流路にPBSを流すだけで簡単に洗浄できることが判明し、実験が極めて簡単になることが判明した。患者は通常の抗原検査では陰性であり、PCRでは陽性であるとの判定結果であり、グラフェンFETバイオセンサの患者としては最適なケースである。患者の唾液をマイクロ流路つきポータブル測定装置に導入し、電気変化を検出した。唾液の洗浄はマイクロ流路を用いて0.01xPBSを導入することにより行った。グラフェンFETアレイを３分割して１）新型コロナウイルスのフル抗体、２）新型コロナウイルスのF(ab’)²抗体、３）参照とするH9N2インフルエンザ抗体を修飾する。

 図11に示す様に、まず健康時（新型コロナウイルスを含まない）唾液を２回導入して洗浄し、その唾液導入、洗浄の影響によるディラックポイントの変化を調べたが、ほぼ無視できるほど小さな変化であった。ついで、新型コロナ感染時の患者唾液を導入して10分間待機し、その後0.01xPBSを導入して唾液を洗浄し、同時にディラックポイントの変化を測定した。その結果、参照FETのインフルエンザ抗体を修飾したグラフェンFET（空色のライン）ではウイルスの導入前後では図11に示すようにディラックポイントの変化は殆ど見られなかった。これに対して新型コロナウイルスのF(ab’)² 抗体の場合（緑色のライン）、ウイルス導入前後で〜20mVのディラックポイントの変化が見られた。これは新型コロナウイルスが新型コロナウイルスのF(ab’)² 抗体に結合したことによると考えられる。ただ現時点で不明な点は、新型コロナウイルスのフル抗体（赤色のライン）にウイルスを導入してもディラックポイントの変化がほとんど見られなかったことである。この点については今後の検討を要する。

 この新型コロナ患者の唾液を導入したグラフェンFET上のウイルスをSEMにより観察したものを図12に示す。図12(a)はグラフェンチャネル全体の10mx100mのSEM写真である。非常に奇妙な現象は、唾液中に含まれるウイルスが、チャネル全体に一様に分布して結合するのではなく、数個の黄色の丸印で囲まれた領域にコロニーを形成して結合する。その黄色の丸の領域を拡大したものを図12(b)に示す。ウイルスが凝集して結合していることがわかる。通常、実験室系で行うPBS中にウイルスを導入した場合は、図12(c)に示す様に一様にウイルスはグラフェン上に結合する。実際の感染患者の唾液からのウイルスはコロニーを形成して結合するという事実は極めて目新しく興味深いものである。この事実は実験室系と生態系とは微妙な差異があり、この差異を考慮に入れて研究展開を図ることが重要であると考えられる。なぜコロニーを形成するかは現時点では未解明である。
 以上の結果より、マイクロ流路を用いたポータブル計測機器で患者の唾液からウイルスを検出できることがわかり、簡便に家庭でのウイルス検出を可能とした。

【著者紹介】
松本　和彦（まつもと　かずひこ）
大阪大学産業科学研究所　名誉教授、特任教授