球状ヒドロゲル足場内のニトロ化合物感受性バクテリアの蛍光増強（英文

Fluorescence Enhancement from Nitro-Compound-Sensitive Bacteria within Spherical Hydrogel Scaffolds.

• Soohyun Kim
• Hyunji Kim
• Tian Qiao
• Chaenyung Cha
• Sung Kuk Lee
• Kangseok Lee
• Hyun Ji Ro
• Youngkyun Kim
• Wonmok Lee
• Hyunjung Lee

抄録

生産と生命の安全のためには、爆発性のあるニトロ化合物を遠隔地や長距離で検出することは非常に重要な課題である。ここでは、ハイドロゲルマイクロビーズをプラットフォームとした細菌センサーを用いて、ニトロ化合物を検出したことを報告する。ニトロ化合物に敏感な緑色蛍光タンパク質を産生する大腸菌を、ポリ（2-ヒドロキシエチルメタクリレート）[ポリ(HEMA)]ベースのハイドロゲルビーズに担持させた。負電荷を帯びた細菌を効率的に担持させるために、カチオン性モノマーとして2-(メタクリロイルオキシ)エチルトリメチルアンモニウムクロライド(MAETC)を共重合させることで、ポリ(HEMA)ベースのビーズの表面電荷を制御した。MAETCの添加により、正に帯電したポリ(HEMA-co-MAETC)ビーズと負に帯電した細菌との相互作用により、細胞親和性が9倍に向上した。細胞親和性の増加は、センシングシグナルの増強をもたらした。典型的な爆発性ニトロ化合物である２，４，６-トリニトロトルエンに曝露した後、８０ｗｔ％のＭＡＥＴＣを有するポリ（ＨＥＭＡ-ｃｏ-ＭＡＥＴＣ）ビーズを用いた細菌センサーの蛍光強度は、ポリ（ＨＥＭＡ）ビーズに基づくものと比較して５倍に増加した。このように蛍光信号を増幅することで、遠距離であっても遠隔検出で効率的に爆発物を検出することが可能となる。

For the safety of both production and life, it is a very significant issue to detect explosive nitro compounds in a remote way or over a long distance. Here, we report that nitro compounds were detected by the bacterial sensor based on hydrogel microbeads as a platform. Green fluorescent protein-producing Escherichia coli, which was genetically engineered to be sensitive to nitro compounds, was loaded within poly(2-hydroxyethyl methacrylate) [poly(HEMA)]-based hydrogel beads, in which fluorescent signals from bacteria were concentrated and strong enough to be easily detected. For efficient loading of negatively charged bacteria, the surface charge of poly(HEMA)-based beads was controlled by copolymerization with 2-(methacryloyloxy)ethyltrimethylammonium chloride (MAETC) as a cationic monomer. With the addition of MAETC, the cell affinity was nine times enhanced by the interaction between the positively charged poly(HEMA- co-MAETC) beads and negatively charged bacteria. The increased cell affinity resulted in an enhancement of a sensing signal. After exposure to 2,4,6-trinitrotoluene, a typical explosive nitro compound, the fluorescence intensity of bacterial sensors using poly(HEMA- co-MAETC) beads having 80 wt % MAETC was five times increased compared to those based on poly(HEMA) beads. This amplification of the fluorescent signal enables easier detection of explosives efficiently by a remote detection, even over a long distance.