ナノ構造体の特性を基盤としたナノ界面科学の構築

• Project/Area Number: 09J09617
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Microdevices/Nanodevices
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 安井 隆雄 名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2009 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥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: ナノウォール構造体 / DNA無標識検出 / 無標識検出 / ナノ構造体による回折光 / ナノピラーチップ / ナノ界面評価法 / 電気浸透流

Research Abstract

本年度は、昨年度に引き続き、ナノ構造体を利用した無標識検出を行うためのシステムの開発を継続して行った。無標識検出を行うためのナノ構造体は石英基板上に作製した。微小流路(幅25μm)内部に、幅600nm、高さ2.7μmのナノ構造体(ナノウォール)を200nm間隔にてパーティションのように流路と平行に作製した。光源には、波長532nmのレーザー光を用いた。入射レーザー光をチョッパーによって周期的に変調し、対物レンズを通して集光した。変調・集光したレーザーをナノウォール構造体に垂直に入射すると、レーザー光がナノウォールによって回折されることを確認した。この回折光をフォトダイオードにより検出し、この信号をロックインアンプに取り込み周波数分離・増幅を行った。光の強度変化を効率良く検出するために、フォトダイオードの前に直径100μmのピンホールを設置した。生体分子であるDNA分子を電気泳動によってナノウォール領域に泳動し、ナノウォール構造体を通過する際の回折光の強度変化の測定により無標識検出を行った。DNAの長さに応じて、信号強度が線形に増加することが明らかとなり、DNAの塩基対数と信号強度の間に直線の検量線を得ることに成功した。同様にして、200bp DNAの濃度を10ng/μLから300ng/μLまで変化させ、無標識検出が可能なDNA濃度の検討を行ったところ、用いた濃度範囲において濃度が大きくなるにつれて信号強度が線形に増加することがわかった。これにより、濃度と信号強度の間に直線の検量線を描くことに成功した。

Research Products

• [Journal Article] Confocai microscopic evaluation of mixing performance for three-dimensional microfluidic mixer (2012)
  • Author(s): Yasui, T., Omoto, Y., Osato, K., Kaji, N., Suzuki, N., Naito, T., Okamoto, Y., Tokeshi, M., Shamoto, E., Baba, Y.
  • Journal Title: Analytical Sciences Volume: 28 Pages: 57-59
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microfluidic baker' s transformation device for three-dimensional rapidmixing (2011)
  • Author(s): Yasui, T., Omoto, Y., Osato, K., Kaji, N., Suzuki, N., Naito, T., Watanabe, M., Okamoto, Y., Tokeshi, M., Shamoto, E., Baba, Y.
  • Journal Title: Lab on a chip Volume: 11 Issue: 19 Pages: 3356-60
  • DOI: 10.1039/c1lc20342h
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ナノ構造体による回折現象を利用した無標識検出法 (2011)
  • Author(s): 安井隆雄, 加地範匡, 岡本行広, 渡慶次学, 堀池靖浩, 馬場嘉信
  • Journal Title: 化学とマイクロ・ナノシステム研究会誌 Volume: 10 Pages: 22-23
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of low viscosity polymer solutions for microchip electrophoresis of non-denatured proteins on plastic chips (2011)
  • Author(s): Yasui, T., Mohamadi, M.R., Kaji, N., Okamoto, Y., Tokeshi, M., Baba, Y.
  • Journal Title: Biomicrofluidics Volume: 5 Issue: 4 Pages: 44114-9
  • DOI: 10.1063/1.3668233
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electroosmotic flow in microchannels with nanostructures (2011)
  • Author(s): Yasui, T., Kaji, N., Mohamadi, M.R., Okamoto, Y., Tokeshi, M., Horiike, Y., Baba, Y.
  • Journal Title: ACS nano Volume: 5 Issue: 10 Pages: 7775-80
  • DOI: 10.1021/nn2030379
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] DNA separation in nanowall array chips (2011)
  • Author(s): Yasui, T., Kaji, N., Ogawa, R., Hashioka, S., Tokeshi, M., Horiike, Y., Baba, Y.
  • Journal Title: Analytical Chemistry Volume: 83 Issue: 17 Pages: 6635-40
  • DOI: 10.1021/ac201184t
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] LABEL-FREE DETECTION OF BIOMOLECULES WITH NANOWALL ARRAYS (2010)
  • Author(s): Takao Yasui
  • Journal Title: Micro Total Analysis Systems 2010 Pages: 485-487
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ナノピラー構造体が電気浸透流に及ぼす影響の評価 (2010)
  • Author(s): 安井隆雄
  • Journal Title: 電気学会研究会資料 Pages: 33-35
  • NAID: 10026492014
• [Journal Article] ELECTROOSMOTIC FLOW IN NANOPILLAR ARRAY STRUCTURES (2009)
  • Author(s): Takao Yasui, Yoshinobu Baba
  • Journal Title: Micro Total Analysis Systems 2009 Vol.1 Pages: 174-174
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] NON-EQUILIBRIUM DNA TRANSPORT IN NANOPILLAR ARRAY STRUCTURES (2009)
  • Author(s): Takao Yasui, Yoshinobu Baba
  • Journal Title: Micro Total Analysis Systems 2009 Vol.2 Pages: 1198-1200
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ナノ空間を利用した遺伝子診断法の開発 (2009)
  • Author(s): 安井隆雄
  • Journal Title: 名古屋大学工学研究科情報誌PRESSe No.25 Pages: 7-7
• [Presentation] ナノ構造体による回折現象を用いたDNA無標識検出法 (2012)
  • Author(s): 安井隆雄, 小川謙亮, 加地範匡, 岡本行広, 渡慶次学, 堀池靖浩, 馬場嘉信
  • Organizer: 日本化学会第92春季年会(2012)
  • Place of Presentation: 神奈川県、慶応義塾大学
  • Year and Date: 2012-03-28
• [Presentation] Nanowall Array Structures for Label-free Detection of DNA Molecules (2012)
  • Author(s): T.Yasui, K.Ogawa, N.Kaji, Y.Okamoto, M.Tokeshi, Y.Horiike, Y.Baba
  • Organizer: International Symposium on Innovative Nanobiodevices (ISIN) 2012
  • Place of Presentation: Nagoya, Japan
  • Year and Date: 2012-03-21
• [Presentation] Label-free biomolecule detection in nanowall arrays (2011)
  • Author(s): T.Yasui, N.Kaji, Y.Okamoto, M.Tokeshi, Y.Horiike, Y.Baba
  • Organizer: 2011 MRS Fall Meeting
  • Place of Presentation: Boston, USA
  • Year and Date: 2011-11-27
• [Presentation] NANOWALL ARRAY CHIPS FOR DMA SEPARATION (2011)
  • Author(s): T.Yasui, N.Kaji, R.Ogawa, S.Hashioka, M.Tokeshi, Y.Horiike, Y.Baba
  • Organizer: The 15th international conference on miniaturized systems for chemistry and life sciences (uTAS2011)
  • Place of Presentation: Seattle, USA
  • Year and Date: 2011-10-03
• [Presentation] LABEL-FREE DEIECTION OF DNA USING DIFFRACTED LASER IN NANOWALL ARRAY STR (2011)
  • Author(s): T.Yasui, N.Kaji, Y.Okamoto, M.Tokeshi, Y.Horiike, Y.Baba
  • Organizer: The 15th international conference on miniaturized systems for chemistry and life sciences (uTAS2011)
  • Place of Presentation: Seattle, USA
  • Year and Date: 2011-10-03
• [Presentation] Label-free detection of DNA molecules in nanowall arrays (2011)
  • Author(s): T.Yasui, N.Kaji, Y.Okamoto, M.Tokeshi Y.Horiike, Y.Baba
  • Organizer: JAIMA Discussion on Analytical Science and Technology 2011
  • Place of Presentation: Tokyo, Japan
  • Year and Date: 2011-09-08
• [Presentation] ナノ構造体を用いた無標識検出 (2011)
  • Author(s): 安井隆雄, 加地範匡, 岡本行広, 渡慶次学, 堀池靖浩, 馬場嘉信
  • Organizer: 平成23年度電気学会センサ・マイクロマシン部門総合研究会
  • Place of Presentation: 神奈川県、東京工業大学
  • Year and Date: 2011-06-30
• [Presentation] ナノ構造体による回折現象を利用した無標識検出法 (2011)
  • Author(s): 安井隆雄, 加地範匡, 岡本行広, 渡慶次学, 堀池靖浩, 馬場嘉信
  • Organizer: 第23回化学とマイクロ・ナノシステム研究会(23rd CHEMINAS)
  • Place of Presentation: 千葉県、千葉大学
  • Year and Date: 2011-06-10
• [Presentation] Microfluidic baker' s transformation for three-dimensional rapid mixing (2011)
  • Author(s): T.Yasui, Y.Omoto, N.Kaji, N.Suzuki, Y.Okamoto, M.Tokeshi, E.Shamoto, Y.Baba
  • Organizer: International Symposium on Microchemistry and Microsystems (ISMM 2011)
  • Place of Presentation: Seoul, Korea
  • Year and Date: 2011-06-02
• [Presentation] LABEL-FREE BIOSENSOR APPROACHES WITH NANOWALL ARRAYS (2011)
  • Author(s): T.Yasui, N.Kaji, Y.Okamoto, M.Tokeshi, Y.Horiike, Y.Baba
  • Organizer: IUPAC International Congress on Arialytical Science 2011 (ICAS2011)
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2011-05-23
• [Presentation] NANOWALL ARRAYS FOR LABEL-FREE DETECTION (2011)
  • Author(s): T.Yasui, N.Kaji, Y.Okamoto, M.Tokeshi, Y.Horiike, Y.Baba
  • Organizer: The 6th international conference on microtechnologies in medicine and biology
  • Place of Presentation: Lucerne, Switzerland
  • Year and Date: 2011-05-01
• [Presentation] Rolling-circle amplification(RCA)の温度依存性 (2011)
  • Author(s): 安井隆雄
  • Organizer: 中部地区4機関ナノテク総合支援:平成22年度成果報告会
  • Place of Presentation: 豊田工業大学
  • Year and Date: 2011-03-30
• [Presentation] ナノ構造体を用いた新規無標識バイオセンサの開発 (2011)
  • Author(s): 安井隆雄
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会(2011)
  • Place of Presentation: 日本化学会第91春季年会(2011)講演予稿集
  • Year and Date: 2011-03-11
• [Presentation] Label-free DNA Detection Using Nanowall Arrays (2011)
  • Author(s): Takao Yasui
  • Organizer: International Symposium : Advanced Science and Technology for Single Molecular Analysis of DNA and Related Molecules (ISSMA 2011)
  • Place of Presentation: ICC, Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2011-01-24
• [Presentation] A new method for label-free detection of biomolecules using nanostructures (2010)
  • Author(s): Takao Yasui
  • Organizer: The 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2010)
  • Place of Presentation: Honolulu, USA
  • Year and Date: 2010-12-17
• [Presentation] ナノ構造体を用いた新規無標識検出法の開発 (2010)
  • Author(s): 安井隆雄
  • Organizer: 第22回化学とマイクロ・ナノシステム研究会(22nd CHEMINAS)
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2010-11-18
• [Presentation] LABEL-FREE DETECTION OF BIOMOLECULES WITH NANOWALL ARRAYS (2010)
  • Author(s): Takao Yasui
  • Organizer: The 14th international conference on miniaturized systems for chemistry and life sciences (μTAS2010)
  • Place of Presentation: Groningen, NETHERLANDS
  • Year and Date: 2010-10-03
• [Presentation] ナノピラー構造体が電気浸透流に及ぼす影響の評価 (2010)
  • Author(s): 安井隆雄
  • Organizer: センサ・マイクロマシン部門(E部門)平成22年度総合研究会
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2010-06-18
• [Presentation] ナノピラーチップを用いた簡便なスタッキング法の開発 (2010)
  • Author(s): 安井隆雄
  • Organizer: 第21回化学とマイクロ・ナノシステム研究会(21st CHEMINAS)
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2010-06-11
• [Presentation] Electrophoretic stacking and separation in nanopillar chips (2010)
  • Author(s): Takao Yasui
  • Organizer: International Symposium on Microchemistry and Microsystems (ISMM) 2010
  • Place of Presentation: Hong Kong, China
  • Year and Date: 2010-05-29
• [Presentation] 間隔の異なるナノピラーを集積化したナノバイオデバイスの開発 (2010)
  • Author(s): 安井隆雄、馬場嘉信
  • Organizer: 日本化学会第90春季年会
  • Place of Presentation: 近畿大学本部キャンパス(大阪府)
  • Year and Date: 2010-03-27
• [Presentation] Electrophoretic analysis of biomolecules in nanopillar array structures (2010)
  • Author(s): Takao Yasui, Yoshinobu Baba
  • Organizer: International Symposium on Nano-Micro Multi-Functional Devices
  • Place of Presentation: The Exbition Hall of the Institute of Industrial Promotion Kawasaki(Kawasaki)
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] ナノピラーチップを用いたDNAの高速分離分析 (2009)
  • Author(s): 安井隆雄、馬場嘉信
  • Organizer: 第29回キャピラリー電気泳動シンポジウム(SCE2009)
  • Place of Presentation: 近畿大学・本館大ホール(大阪府)
  • Year and Date: 2009-11-17
• [Presentation] ナノピラー中における非平衡輸送原理を利用したDNA分離 (2009)
  • Author(s): 安井隆雄、馬場嘉信
  • Organizer: 第20回化学とマイクロ・ナノシステム研究会(20th CHEMINAS)
  • Place of Presentation: 金沢エクセルホテル東急(石川県)
  • Year and Date: 2009-11-09
• [Presentation] DAN sorting based on non-equilibrium transport in nanopillar chips (2009)
  • Author(s): Takao Yasui, Yoshinobu Baba
  • Organizer: Ninth International Symposium on Microchemistry and Microsystems(ISMM2009)
  • Place of Presentation: Kanazawa Excel Hotel Tokyu(Kanazawa)
  • Year and Date: 2009-11-07
• [Presentation] NON-EQUILIBRIUM DNA TRANSPORT IN NANOPILLAR ARRAY STRUCTURES (2009)
  • Author(s): Takao Yasui, Yoshinobu Baba
  • Organizer: 13th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences(μTAS 2009)
  • Place of Presentation: ICC Jeju, Korea
  • Year and Date: 2009-11-03
• [Presentation] ELECTROOSMOTIC FLOW IN NANOPILLAR ARRAY STRUCTURES (2009)
  • Author(s): Takao Yasui, Yoshinobu Baba
  • Organizer: 13th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences(μTAS 2009)
  • Place of Presentation: ICC Jeju, Korea
  • Year and Date: 2009-11-02
• [Presentation] ナノデバイスによる生体分子解析 (2009)
  • Author(s): 安井隆雄、馬場嘉信
  • Organizer: 東京コンファレンス2009
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場(東京都)
  • Year and Date: 2009-09-04
• [Presentation] ナノピラーチップ中での電気浸透流の解析 (2009)
  • Author(s): 安井隆雄、馬場嘉信
  • Organizer: 第19回化学とマイクロ・ナノシステム研究会(19th CHEMINAS)
  • Place of Presentation: 広島大学東広島キャンパス(広島県)
  • Year and Date: 2009-05-28
• [Patent(Industrial Property Rights)] ナノ構造体を利用した検出方法及び検出システム (2010)
  • Inventor(s): 安井隆雄, 加地範匡, 岡本行広, 渡慶次学, 馬場嘉信
  • Industrial Property Rights Holder: 名古屋大学
  • Industrial Property Number: 2010-222528
  • Filing Date: 2010-09-30