2021 Fiscal Year Annual Research Report
液液界面アシストナノポアを用いた１粒子検出法の創成
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20J20553
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
LEONG IAT WAI 大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | ナノポア / 電気浸透流 / 塩分濃度差 / イオン輸送 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、1粒子計測技術における検出物の高い泳動速度のクリティカルな課題を解決するために、固体ナノポア上下の電解質溶液条件を模索し、1個の検出物のダイナミクスの制御、及び検出物を捕捉させるナノポア計測法を開発することである。本年度は、ナノポアの上下間に塩分濃度差が存在する電解質溶液を充填することで、ナノポア近傍の電場変化と電気浸透流が可変となり、1個のナノ粒子の泳動ダイナミクスをコントロール可能であることが解明した。ナノポア近傍の濃度差で形成した浸透流と印加電圧で形成した電気浸透流の流体効果は数百ナノメートル大きさのポアにも影響を与えることが観察された。この現象を応用し、粒子の移動方向と印加電圧の方向によって検出頻度が異なることや検体粒子の通過速度が低減されることを判明した。計測実験の結果とマルチフィジックスシミュレーションに組み合わせることで、この状態のイオン電流整流特性と粒子の泳動はナノポア壁面の電荷密度と強く関係することが示された。そして、酸化物薄膜をナノポアの局所的な被覆し、電気浸透流より精密に制御すること結果はイオン電流電圧特性が抵抗、ダイオードとトランジスタから変化することが解明した。従来のナノポアの内壁面から延伸した電気二重層が交差する時、カウンターイオンが通過できない状態はイオン選択性と呼ばれる。今回の結果では、イオン選択性のない数百ナノメートル大きさのポアに、上下の外壁の表面電荷密度を改変したところ、イオン電流整流現象が初めて観察された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究は１粒子情報の読み出しを研究課題として、微細加工技術を用いた液中計測可能なデバイスを実現することを目指している。これまでは、ナノポアの上下に非対称電解質溶液条件が存在する場合のイオン輸送現象と１粒子通過過程に対する定性的に評価した。塩分濃度差をナノポア計測に導入することで、非対称のイオンと流体現象が発生し、検体粒子の通過時間が延長され、検出頻度が上昇することを検証した。これからの展開は、ナノポアの表面状態、液体条件と電極が通過粒子のシグナルの影響に取り組む。得られた結果により、ナノポア上下に異なる溶液条件を選択することで、ナノ流体とイオン輸送現象を用いて電気泳動的に単一粒子計測がより精確に可能となると考えられる。１粒子の物理情報解析を行うための原理実証は進んでおり、着実に研究計画を遂行していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでは電解質溶液の塩濃度勾配存在下のナノ流体特性と１粒子の通過過程についての実験を行った。本年度では、塩濃度勾配を含めて、電解質溶液が非均一の状態でナノ流体特性とイオン輸送特性の調査を行う。使用可能な電極と溶液条件を調査し、イオンが液液界面を超えるイオン輸送現象を定性的に評価する。固体ナノポアの表面状態を改変することで近傍の電場変化と電気浸透流のコントロールによって、ナノ粒子の泳動ダイナミクスを更なる高精度で操作することを目標とする。
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Research Products
(3 results)
