2016 Fiscal Year Research-status Report
ISFETを利用した細胞型膜タンパク質機能解析プラットフォームの提案
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16K14107
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| Research Institution | NTT Basic Research Laboratories |
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Principal Investigator |
樫村 吉晃 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 主任研究員 (90393751)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大嶋 梓 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 研究員 (90751719)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | イオン感受性電界効果トランジスタ / 人工脂質膜 / 膜タンパク質 / 微小井戸 / ナノバイオ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
膜タンパク質の機能を解析する手段としては、パッチクランプ法に代表されるようにチャネル電流を直接検出する手法がゴールドスタンダードであるが、信号が極めて小さく（数ｐＡ以下）、ウェット系の計測であるためにノイズや再現性の問題など課題が多い。本研究の目的は、人工脂質膜中に膜タンパク質を再構築した系において、膜タンパク質の機能を従来のチャネル電流の直接計測ではなく、細胞サイズに制御された微小井戸に備えられたイオン感受性電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）構造で検知する新たなプラットフォームをを提供することである。今年度は主に、本提案の根幹をなすＩＳＦＥＴを底部に備えた微小井戸構造の設計および作製を以下のように行った。
ＩＳＦＥＴはデプレッション型とし、酸化膜（４０ｎｍ）付きｐ型シリコン基板上に作製した。イオン注入（イオン種：Ｐ）によってソースおよびドレイン電極を形成したが、最適な構造を検討するために、チャネル長を１μｍ以上のスケールで変化させた構造を複数同一基板上に作製した。この構造の上にＴⅰ/ＳⅰＮ/ＳⅰＯ２（１００ｎｍ／１０００ｎｍ／２００ｎｍ）を成膜した。微細加工によってＩＳＦＥＴ構造のチャネルの上部に微小井戸を形成し、続いてＳｉＮを選択的エッチングすることによってオーバーハング構造のついた微小井戸を作製した。オーバーハング構造は脂質膜で井戸をシールする際の脂質膜の安定性を大幅に増す効果がある。井戸の径は５００ｎｍ、１μｍ、２μｍ、４μｍの４水準とした。
今後は作製したデバイスの基礎的な特性を評価する予定である。まず、脂質膜がない状態において、検出感度と微小井戸径、チャネル長との相関を検討し、最適なデバイス構造に関する知見を得る。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初は、イオン注入後、シリコン酸化膜上に直接ＳⅰＮ/ＳⅰＯ２（１０００ｎｍ／２００ｎｍ）を成膜し、微小井戸形成後、エッチングによりオーバーハング構造とする予定であった。しかしながら、予備検討の段階で、エッチングの際にイオン検出に最も重要なゲート酸化膜までエッチングされてしまうことが判明しプロセスの再検討を行ったため、当初の予定より若干の遅延が生じた。その結果、ゲート酸化膜上にＴｉ（１００ｎｍ）をストッパー層として追加することにより当初予定していたオーバーハング付き微小井戸構造が作製可能であることがわかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
１、デバイスの基礎特性評価
脂質膜がない状態において、Ｈ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋などの生理活性に代表的なイオン種について、様々な濃度におけるデバイス応答特性を調べる。具体的な評価方法としては、ＩＳＦＥＴの伝達特性（ＶＧ－ＩＤ特性）を計測し、ドレイン電流（ＩＤ）一定の条件下での閾値電圧の変化をイオンによる界面ポテンシャルの変化分として評価する。この際に、イオン種ごとに濃度と閾値電圧の検量線を作成するのと並行して、ＩＳＦＥＴのチャネル長や微小井戸径に対する依存性も検討し、計測条件の最適化を行う。
２、ＩＳＦＥＴによる膜タンパク質機能計測原理の確認
微小井戸を人工脂質膜でシールし、α－ヘモリシンなどのモデルチャネルを再構成する。このように作製した微小井戸は細胞と同程度かそれ以下の大きさを持ち、擬似的な細胞環境（人工細胞）とみなすことができる。チャネル機能によるイオン輸送をＩＳＦＥＴによって検出することを試み、電気生理的手法によって検出した結果と感度比較を行う。
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| Causes of Carryover |
ＮＴＴアドバンステクノロジ社に発注したマイクロホール付きＩＳＦＥＴに関して、ＮＴＴ厚木研究所内の当該物品作製の為の装置（スパッタ製膜装置およびＲＩＥ装置)が高周波設備の法定手続きにより約２か月間使用不可となり、製作が滞り年度内での納品が不可となった為、納期を延伸し過年度納品とした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
2017年4月21日に物品が納品され、すでに全額使用済みである。
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