2019 Fiscal Year Annual Research Report
Micro/Nano Fusion Process based Nanopore Sensing Device for Optical and Electrical Combined Detection
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19H02571
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| Research Institution | Kyoto University of Advanced Science |
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Principal Investigator |
田畑 修 京都先端科学大学, 工学部, 教授 (20288624)
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| 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)
山下 直輝 京都大学, 工学研究科, 特定研究員 (50847746)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ナノプロセス / ナノポアセンシング / DNA / グラフェン / SERS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
・DNAナノ構造を使った大粒径のAuNPダイマー作製方法を検討した結果、Freeze-thaw法によってAuNP表面に一本鎖DNAを修飾すれば、AuNPが緩衝液中でも凝集せずに安定することを確認した。また、DNA/AuNP複合体をゲル電気泳動によって精製した後、シリコン基板に吸着させてSEMで観察した結果、ダイマー収率は20%程度であった。
・レーザスポット内にAuNPダイマーが1つ存在する構造を電子線描画装置等の微細加工装置を利用して作製し、アデニンまたはシトシンの1種類塩基を含む8鎖長程度のDNAオリゴマーのSERS測定を実施した。粒子表面分子の除去プロセスとDNAオリゴマー溶液導入方法を最適化することで高い検出確率を実現した。また、トンネル電流によるDNAオリゴマー検出可否を検証するため、電子線描画装置等の加工条件を最適化することによってAuNPダイマーを用いたナノギャップ電極を作製した。さらに電気的特性の評価を行うとともにSERS効果が得られることを明らかにした。
・Ga金属触媒を利用し、大気圧環境下でアルコールCVDにより貫通孔形成シリコン基板への直接グラフェン膜成長を実現した。加熱時間・アルコール導入量・アニール速度等について大気圧アルコールCVD条件の検討を行った。最適化後のグラフェン層数は、ラマン分光法により1~2層であることが確かめられた。基板への直接グラフェン成膜だけでなく、貫通孔上に直接グラフェン自立膜形成が可能であることを実証した。ヘリウムイオン顕微鏡によるナノポア加工では、直接成膜グラフェンにおいて直径6.3nmを、間接転写グラフェン膜では直径1.5nmを確認した。
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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
ほぼ予定い通りに進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
・犠牲DNAナノ構造プロセスによる直径100~200nmのAuNPダイマー収率向上と、任意位置固定可能なプロセス検討を実施する。AuNPダイマー作製条件の最適化を実施し、収率の向上を図る。直径100～200nmのサイズのAuNPを使ってダイマーを作製して収率を評価するとともに、水溶液中のDNA分子から得られる表面増強ラマン（SERS）シグナルの強度を比較する。AuNPダイマーをナノポア近傍や電極上に配置するための方法について検討する。
・SERSによる光学的塩基識別実験、トンネル電流による電気的識別実験、AuNPナノギャップ構造におけるDNA分子の挙動解析、1塩基空間分解能の検証を実施する。光学的な1塩基検出・同定の可能性検証のために、従来プロセスによって形成されたAuNPダイマーによるシトシンまたはチミンが1つ含まれる8鎖長程度のDNAオリゴマーを検出対象とするSERS測定を実施する。また，トンネル電流によるDNAオリゴマー検出・同定可否検証のため、AuNPダイマーナノギャップ電極を作製する。ナノギャップ形状・サイズがトンネル電流やラマン分光特性に与える影響を理解するために、SEMやTEM、ヘリウムイオン顕微鏡を用いたナノギャップの評価を行う。
・グラフェン自立膜へのナノポア形成実験と流体デバイスの構築、ナノポアセンシングに向けた微小電流計測システムの構築を実施する。Heイオン顕微鏡を用いて間接転写グラフェン膜と同等サイズのグラフェンナノポアを形成する。グラフェンの直接成膜技術をデバイス作製プロセスに組み込み、ナノポアを有する薄膜を集積化した流体デバイスを設計・構築する。また、ナノポアセンシングに向けて、構築した微小電流計測システムにより形成したグラフェンナノポアを用いて、電圧電流特性計測、ヌクレオチドやDNA分子溶液計測を実施し、高感度分子計測が行える条件検討を行う。
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