2018 Fiscal Year Research-status Report
MCBJ法を用いた単分子接合の構造変化の定量評価法の構築
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18K14091
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
小本 祐貴 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (90814210)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 単分子計測 / MCBJ法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
単分子接合は、単一分子を素子とする分子デバイス実現のために盛んに研究されている。これまでに単分子接合の架橋構造など決定できるようになってきたが、単分子接合形成のダイナミクスと単分子接合の接合構造がどのように変化するかということは未だ明らかになっていない。
本研究の目的は、従来の単分子計測手法では明らかにできていない分子接合の接合構造の変化を、単一の単分子電流シグナルから評価する手法を確立することである。初年度の研究実施計画は、微小電流計測システムを導入し、単分子計測環境を成立させることである。
初年度までに、電流計測システムを導入し、単分子計測を行うことが可能になった。導入した単分子計測システムを用いて、神経伝達物質や塩基長の異なるDNAホモポリマーをテスト系として測定した。初年度は、機械学習を用いた分子識別手法を開発し、神経伝達物質やDNAホモポリマーから得られた単分子シグナルを、単一シグナルレベルで精度よく識別することに成功した。単分子接合の従来の研究では、複数の分子を識別することは難しかった。初年度までの研究で、簡便に単分子計測において分子を識別することが可能になった。本研究では、単分子接合の接合構造変化を捉えるために、変化する前後の接合構造を同定するための手段が不可欠となるために、単分子接合の接合状態を識別する手法を開発したことは重要な成果である。神経伝達物質の識別、DNAホモポリマーの塩基長識別に関して日本化学会、応用物理学会にて発表を行い、論文投稿準備中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
現在までに、当初の予定通り電流計測システムを導入し、単分子計測を行うことが可能になった。導入した単分子計測システムを用いて、神経伝達物質や塩基長の異なるDNAホモポリマーをテスト系として測定し、導入した単分子計測システムにより計測が行えるようになったことを確認した。
またこれまでに、機械学習を用いた分子識別手法を開発し、神経伝達物質やDNAホモポリマーから得られた単分子シグナルを、単一シグナルレベルで精度よく識別することに成功した。研究当初は単分子接合の電流-電圧特性計測を行う予定であったが、新しく開発した機械学習を用いた識別手法により、電流-電圧特性計測を行わない電流データから分子接合を識別することが可能になった。単分子接合の従来の研究では、複数の分子を識別することは難しかったが、初年度までの研究で、簡便に単分子計測において分子を識別することが可能になった。本研究では、単分子接合の接合構造変化を電流変化から検出し、接合構造の変化を定量的に評価することを目的にしている。そのため、変化する前後の接合構造を同定するための手段が重要であり、単分子接合の接合状態を識別する手法を開発したことは重要な成果である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、導入した単分子計測システムを用いて単分子計測を続けていく。測定対象の分子は、当初の計画通り、複数の架橋構造を有する分子を測定する。今後、測定した単分子シグナルから、接合構造が、どのように変化するかを調べる手法を開発する。現在までに、機械学習を用いた解析による識別により、単一のパルスを識別することが可能になっている。これまでの研究では、単一パルス中で接合構造が変化したものを検出することはできないので、今後は接合構造の変化を検出し、接合構造がどのように変化したかを単一シグナルで検出する手法を開発する。今後は、機械学習を用いて構造変化を含むシグナルの抽出する。シグナルの前半部分と後半部分をそれぞれ別に解析し、これまでに行ってきた単一パルスの識別法を適用して構造変化前後の接合構造の同定を行う。この新しい解析手法を用いて単分子接合の構造変化を定量的に評価する。
接合構造の変化による電流変化が小さく、現在までに行った手法での識別精度が低い場合、電流-電圧特性計測を行うことにより、識別に用いることができるパラメータを増やし、精度の高い識別を実現する。
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| Causes of Carryover |
電流計測システムが当初の予定より低額で購入できたため少額予算が生じた。
次年度の物品購入費とする
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