2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a highly integrated circuit using DNA and a demonstration test of the parallel computation using a complementary DNA as an operator
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17K06395
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| Research Institution | The University of Kitakyushu |
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Principal Investigator |
礒田 隆聡 北九州市立大学, 国際環境工学部, 教授 (70284544)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | MEMS / DNA / 素子 / 集積 / 並列計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は塩基配列の異なるDNAを番地配列させた集積電極を、精度の高い並列計算素子として機能させることを目標としている。この要素技術には①集積電極の塩基配列を瞬時に電気信号で検出する方法、②DNAをMEMS技術で1チップに集約したデバイス作製法の確立が必要である。
そこで1年目は、DNA素子を高速スキャンして塩基情報を読み取る測定器の開発を実施した。まず4～5bit程度の素子数を想定し、電極25ヶを集積した基板を設計、作製した。また指定した番地順に計測するシリアル方式の測定器を開発した。全ての番地の検出感度はスマートフォンで設定でき、取得した信号をサーバーへ転送して自動解析するシステムが完成した。
2年目はDNA集積化の要素技術開発を実施した。DNAを指定番地に化学結合させるには、電極表面の化学構造の最適化と、集積化度の評価法が必要である。DNAは取り扱いが繊細なため、このステージでは酵素標識化タンパクを代替モデルとして開発を加速した。その結果、基板の作製方法と化学結合による生体高分子の番地指定集積の方法まで確立できた。一方で、基板上の集積化量は極微量であること、また化学反応でダメージを受けるため電気応答や検出再現性が低下することが明らかとなった。
そこで最終年度は生体高分子にダメージを与えない集積化方法を再検討し、またデバイスの応答感度と再現性を高める方法の開発を行った。その結果、デバイス上に生体高分子を物理吸着できる面を予め構築すると、ダメージを受けることなく高い再現性で集積が実現した。またシグナルを増幅させるための増感剤を開発し、極微量な集積化量でも検知できる方法を開発した。本発明はDNAの集積化についても応用できるため、特許出願を行った。計画の見直しでDNA素子の評価には至らなかったが、令和2年度より開始される次の基盤研究ではこのステージから開始できる目途が立った。
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