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熱レンズ顕微鏡による単一分子分析法の研究

Research Project

Project/Area Number 09J08611
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Microdevices/Nanodevices
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

清水 久史  東京大学, 大学院・工学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2009 – 2011
Project Status Completed (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2009: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords光熱変換分光法 / マイクロ流体 / ナノ流体 / 単一分子分析 / 光熱変換分光 / 拡張ナノ空間 / マイクロ化学チップ
Research Abstract

微分干渉熱レンズ顕微鏡(DIC-TLM)と拡張ナノクロマトグラフィーを用いて数100nmサイズの流路内にaL体積の非蛍光性試料の高性能分離と高感度検出を集積化した。近年、単一細胞分析に代表される超微小量試料の分析法が強く求められている。当研究室では、これまでに拡張ナノ(10-1000nmサイズ)の流路を用いて、従来のクロマトグラフィーの原理的限界を突破する拡張ナノクロマトグラフィーを開発した。しかし、拡張ナノ空間では検出が蛍光に限られるため、分子の大多数を占める非蛍光性分子は分析の対象とならなかった。これに対して当研究室では、非蛍光性分子のバックグラウンドフリー検出を実現するDIC-TLMを開発し、非蛍光の単一分子検出や拡張ナノ空間内での濃度定量を世界で初めて実現した。そこで、DIC-TLMを拡張ナノクロマトグラフィーの検出器として利用し非蛍光性試料の高性能分離と高感度検出を集積化することを目的とした。
実験として、石英基板上に幅2.3μm、深さ250nmの流路を電子線リソグラフィーとプラズマエッチングを用いて作成し、これをカラム(固定相)とした。次に、非極性溶媒を移動相として流路内に導入し、圧力操作によって非蛍光性試料をインジェクションして分離・検出した。DIC-TLMの積算時間、移動相の組成、および流速等を最適化した結果、ピークは良好に分離され、ピーク面積から定量が可能であることも確認した。また、インジェクションされた試料の体積と分子数を計算したところ~10fL、10^7個であった。以上の結果より、超微小量の非蛍光性試料の高性能分離と高感度検出に初めて成功した。
本研究は、将来的に単一細胞・単一分子分析デバイスとして発展させることにより、遺伝子の発現メカニズムの解明やがん細胞・iPS細胞の分析を通じて学術と産業の両分野に貢献するものと期待される。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の研究計画では、微分干渉熱レンズ顕微鏡を用いて拡張ナノ空間内の非蛍光性試料の検出を実現し、免疫分析法に応用して拡張ナノ分析デバイスを創成することを目的とした。免疫分析法をクロマトグラフィーに変更したものの、主な目的であった拡張ナノ空間への応用と拡張ナノ分析デバイスの創成には成功しており、おおむね順調であったと評価できる。

Strategy for Future Research Activity

今後、DIC-TLMを拡張ナノ空間における汎用的な検出テバイスとして利用していく。特に、光の波長以下のサイズの空間を測定できることを利用した新しい分析法の創成を推進していく。また、拡張ナノ空間では熱拡散により期待されていたよりも2~3桁感度が低下するという問題を発見したことから、新しい微細加工法や材料の探索、および装置の設計理論の構築を通じて、更に感度を向上させていく。

Report

(3 results)
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • 2009 Annual Research Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2011 2010 2009

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (12 results)

  • [Journal Article] Detection of Nonfluorescent Molecules Using Differential Interference Contrast Thermal Lens Microscope for Extended-Nano Channel2011

    • Author(s)
      H.Shimizu, K.Mawatari, T.Kitamori
    • Journal Title

      Journal of Separation Science

      Volume: 34 Issue: 20 Pages: 2920-2924

    • DOI

      10.1002/jssc.201100501

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] CHROMATOGRAPHIC SEPARATION OF NONFLUORESCENT MOLECULES USING EXTENDED-NANO CHANNEL AND DIFFERENTIAL INTERFERENCE CONTRAST THERMAL LENS2011

    • Author(s)
      H.Shimizu, K.Mawatari, T.Kitamori
    • Journal Title

      Proceedings of Micro Total Analysis System (μTAS) 2011

      Volume: 1 Pages: 559-561

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Sensitive Determination of Concentration of Nonfluorescent Species in an Extended-Nano Channel by Differential Interference Contrast Thermal Lens Microscope2010

    • Author(s)
      H.Shimizu, K.Mawatari, T.Kitamori
    • Journal Title

      Analytical Chemistry

      Volume: 82 Pages: 7479-7484

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] CONCENTRATION DETERMINATION IN EXTENDED NANOCHANNEL USING DIFFERENTIAL INTERFERENCE CONTRAST THERMAL LENS MICROSCOPE2010

    • Author(s)
      H.Shimizu, K.Mawatari, T.Kitamori
    • Journal Title

      Proceedings of μTAS 2010

      Pages: 575-577

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of a Differential Interference Contrast Thermal Lens Microscope for Sensitive Individual Nanoparticle Detection in Liquid2009

    • Author(s)
      Hisashi Shimizu, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • Journal Title

      Analytical Chemistry 81

      Pages: 9802-9806

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of Differential Interference Contrast Thermal Lens Microscope for Single Non-fluorescent Molecule Analysis in Nanochannel2009

    • Author(s)
      Hisashi Shimizu, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • Journal Title

      Proceedings of microTAS 2009 1

      Pages: 1371-1373

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Normal-phase Chromatography of Sudan Dyes in Extended-Nano Channels Using Differential Interference Contrast Thermal Lens Microscope2011

    • Author(s)
      H.Shimizu, K.Mawatari, T.Kitamori
    • Organizer
      International Symposium on High-Performance Liquid Phase Separations and Related Techniques (HPLC 2011)
    • Place of Presentation
      Dalian, China
    • Year and Date
      2011-10-10
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] CHROMATOGRAPHIC SEPARATION OF NONFLUORESCENT MOLECULES USING EXTENDED-NANO CHANNEL AND DIFFERENTIAL INTERFERENCE CONTRAST THERMAL LENS2011

    • Author(s)
      H.Shimizu, K.Mawatari, T.Kitamori
    • Organizer
      The 15th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (μTAS2011)
    • Place of Presentation
      Seattle, USA
    • Year and Date
      2011-10-03
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Separation and Detection of Nonfluorescent Dyes Using Extended Nanochannel Chromatography and Thermal Lens Microscope2011

    • Author(s)
      H.Shimizu, K.Mawatari, T.Kitamori
    • Organizer
      International Symposium on Microchemistry and Microsystems 2011 (ISMM 2011)
    • Place of Presentation
      Seoul, Korea
    • Year and Date
      2011-06-03
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Concentration Determination in Extended-Nano Space Using Differential Interference Contrast Thermal Lens Microscope and Application to2011

    • Author(s)
      H.Shimizu, K.Mawatari, T.Kitamori
    • Organizer
      IUPAC International Congress on Analytical Sciences 2011 (ICAS 2011)
    • Place of Presentation
      国立京都国際会館(京都府)
    • Year and Date
      2011-05-24
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Detection of non-fluorescent molecules in extended nanochannel using differential interference contrast thermal lens microscope2010

    • Author(s)
      H.Shimizu, K.Mawatari, T.Kitamori
    • Organizer
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2010)
    • Place of Presentation
      Hawaii Convention Center (Honolulu, HI, USA)
    • Year and Date
      2010-12-17
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] CONCENTRATION DETERMINATION IN EXTENDED NANOCHANNEL USING DIFFERENTIAL INTERFERENCE CONTRAST THERMAL LENS MICROSCOPE2010

    • Author(s)
      H.Shimizu, K.Mawatari, T.Kitamori
    • Organizer
      The 14th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2010)
    • Place of Presentation
      Martiniplaza (Groningen, Netherlands)
    • Year and Date
      2010-10-04
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] DETECTION OF NON-FLUORESCENT MOLECULES IN EXTENDED NANOSPACE USING DIFFERENTIAL INTERFERENCE CONTRAST THERMAL LENS MICROSCOPE2010

    • Author(s)
      H.Shimizu, K.Mawatari, T.Kitamori
    • Organizer
      35th International Symposium on High Performance Liquid Phase Separations and Related Techniques (HPLC 2010)
    • Place of Presentation
      Hynes Convention Center & Sheraton Boston Hotel (Boston, MA, USA)
    • Year and Date
      2010-06-23
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of Differential Interference Contrast Thermal Lens Microscope and Application to Detection in Extended Nanospace2010

    • Author(s)
      H.Shimizu, K.Mawatari, T.Kitamori
    • Organizer
      International Symposium on Microchemistry and Microsystems (ISMM 2010)
    • Place of Presentation
      The Hong Kong University of Science & Technology (Hong Kong, China)
    • Year and Date
      2010-05-29
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] 微分干渉熱レンズ顕微鏡の開発と拡張ナノ空間計測への展開2010

    • Author(s)
      清水久史、馬渡和真、北森武彦
    • Organizer
      4大学ナノ・マイクロファブリケーションコンソーシアム
    • Place of Presentation
      川崎市産業振興会館
    • Year and Date
      2010-03-18
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 微分干渉熱レンズ顕微鏡による拡張ナノ空間の分析2009

    • Author(s)
      清水久史、馬渡和真、北森武彦
    • Organizer
      第20回化学とマイクロ・ナノシステム研究会
    • Place of Presentation
      金沢エクセルホテル東急石川四高記念文化交流館
    • Year and Date
      2009-11-09
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of Differential Interference Contrast Thermsl Lens Microscope for Single Non-fluorescent Molecule Analysis in Nanochannel2009

    • Author(s)
      Hisashi Shimizu, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • Organizer
      13th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (microTAS 2009)
    • Place of Presentation
      ICC Jeju, Jeju, Korea
    • Year and Date
      2009-11-04
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 微分干渉熱レンズ顕微鏡の開発と液相単一分子計測の研究2009

    • Author(s)
      清水久史、馬渡和真、北森武彦
    • Organizer
      第70回分析化学討論会
    • Place of Presentation
      和歌山大学栄谷キャンパス
    • Year and Date
      2009-05-16
    • Related Report
      2009 Annual Research Report

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Published: 2009-04-01   Modified: 2024-03-26  

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