2017 Fiscal Year Annual Research Report

Proposal of cell-mimetic platform for membrane protein function analysis using ISFET

Research Project

Project/Area Number	16K14107
Research Institution	NTT Basic Research Laboratories
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)
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)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2018-03-31
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
Outline of Annual Research Achievements	膜タンパク質の機能確認のツールとしては、チャネル電流を直接計測するパッチクランプ法がゴールドスタンダードになっている。しかしながら、チャネル電流は通常バックグラウンドノイズレベルであり、再現性の問題などもあり課題が多い。本研究は膜タンパク質の機能をチャネル電流の直接計測ではなく、細胞サイズの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）部で計測可能な新たなプラットフォームを提供することが目的である。昨年度は酸化膜（４０ｎｍ）付きシリコン基板上にＦＥＴを作製し、その上部にＴｉ／ＳｉＮ／ＳｉＯ２を成膜した基板を作製した。さらに本研究の根幹となるＩＳＦＥＴ付きの微小井戸作製の予備検討を行ったが、ＩＳＦＥＴ上部の井戸構造作製の際に、ＳｉＮ層エッチングのストッパー層として用いたＴｉ層がオーバーエッチングされてしまい、ゲート絶縁層として用いるＳｉＯ２層までエッチングされてしまうといった問題があることがわかった。そこで微小井戸形成の際のエッチング条件の再検討および最適化を行った。その結果、ＳＦ６エッチングによる微小井戸加工およびアンモニア－過酸化水素水によるＴｉ層除去を行うことにより井戸径５００ｎｍ～１ｕｍにおいて所望のＩＳＦＥＴ付き微小井戸を作製することができた。今後は、井戸径２ｕｍ以上の微小井戸作製条件の検討、および作製したＩＳＦＥＴ付き微小井戸上に脂質膜を形成した時のデバイス特性変化を検討する。さらに今期は、基板支持脂質膜について拡張DLVO理論を用いて全相互作用エネルギー計算を行い、基板－脂質膜界面描像の考察を行った。その結果、基板の材質や脂質膜の荷電状態により基板表面と脂質膜間のナノスケールの界面水層の厚みが大きく依存し、脂質膜でシールされた微小井戸のシール性能に影響することが明らかとなった。本成果は今後のバイオデバイス作製への指針として期待が持たれる。