2017 Fiscal Year Annual Research Report
Establishment of fundamental technology for nanopore sensing device based on opto-electro detection principle by fusion process of MEMS and DNA
| Project/Area Number |
16H03841
|
|---|
| Research Institution | Kyoto University |
|---|
Principal Investigator |
田畑 修 京都大学, 工学研究科, 教授 (20288624)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
菅野 公二 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (20372568)
川合 健太郎 大阪大学, 工学研究科, 助教 (90514464)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | ナノプロセス / DNA / 流体デバイス / ナノポアシーケンシング / SERS |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
犠牲DNAナノ構造を応用して作成した金ナノ粒子二量体のナノギャップでは真空紫外線照射と純水洗浄によってDNAと残留物が完全に分解・除去されていることを確認した。
FDTD解析からシャープエッジナノギャップ部を有する金ナノロッド二量体が電場増強に有効であることを明らかにした。セルフアセンブルで連結したDNAナノ構造内部に固定した金ナノ粒子をめっき処理で成長させた後にDNAナノ構造を除去してナノギャップ形成する新規手法を考案し、二種類の犠牲DNAナノ構造の設計を行った。
FDTD解析および実験から，金ナノ粒子二量体を用いた表面増強ラマン分光（SERS）におけるレーザ波長の影響および最適な金ナノ粒子径を明らかにした。実験的に直径200 nmの粒子が最も大きなラマン強度を示した。作製した金ナノ粒子二量体構造を用いてSERSによるDNA検出特性評価を行い、溶液中のDNA塩基を1分子感度で検出可能であること、多くの実験においてラマンピーク位置が変化することを明らかにした。
電気的DNA検出・識別実現のため、1 nm程度のギャップを有する金ナノ粒子二量体に金配線を接続したナノギャップ電極構造を作製した。電子ビーム描画装置の高精度なアライメント機能と加工条件最適化により、基板上の金ナノ粒子と金ナノ配線を接続した構造を実現した。
ヘリウムイオンビームにおけるフォーカスとドーズ量による加工精度を調査し、DNAの塩基計測に最適な1.5-2nmのグラフェンナノポアを再現性よく形成できることを見出した。CVDグラフェンの間接転写、シリコン結晶方位を利用したマイクロ流体デバイスへのナノポア集積化プロセスの開発を行い、ナノポアを有する隔膜とDNA伸長用ナノピラーアレイ構造の一体化を実現した。グラフェン膜上に形成したナノポアを用いてイオン電流によるDNAセンシングを確認した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
無機材料メンブレン膜へのナノポア形成、金ナノ粒子二量体を用いたSERSによるDNA塩基の検出技術、トンネル電流を用いた塩基識別実験技術の構築は順調に進んでいる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
現在の課題は、金ナノ粒子のサイズをSERSに適した100nm～200nm程度、かつシャープエッジにより形成されるナノギャップを形成する技術確立であり、この課題解決に向けて、DNAナノ構造内部に固定した金ナノ粒子をめっき処理によって成長させた後にDNAナノ構造を除去する新規提案技術の構築に取り組んでいる。
最終年度は、これまでに構築した要素技術を組み合わせて，提案するSERSによる光学的手法およびトンネル電流による電気的手法を併用したDNA検出・塩基識別提案手法の実現可能性を検証する。さらに、検出感度および空間分解能の支配要因を分析し、その限界を明らかにする。
|
