2023 Fiscal Year Final Research Report

Development of ultrahigh-sensitive silicon nanowire biosensor for simultaneous detection of various biomolecules in a single drop of body fluid

Research Project

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Project/Area Number	20K21879
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
Research Institution	Gunma University
Principal Investigator	Sone Hayato 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (80344927)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	大嶋紀安群馬大学, 大学院医学系研究科, 助教 (30360514) 和泉孝志帝京平成大学, ヒューマンケア学部, 教授 (70232361) 張慧群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (80794586)
Project Period (FY)	2020-07-30 – 2024-03-31
Keywords	シリコンナノワイヤ / バイオセンサ / 超高感度検出 / 検査・診断システム / 医用システム
Outline of Final Research Achievements	In this research, to develop an ultrahigh-sensitivity biosensor for the simultaneous detection of multiple types of biomolecules in a single drop of body fluid, we fabricated silicon nanowire (SiNW) devices using electron beam lithography, created a micro-fluidic for transporting the fluid, and established a surface modification method capable of specific binding to biomolecules. We then aimed to detect multiple types of biomolecules simultaneously using the fabricated multiple SiNW biosensor system. As a result, although we were not able to simultaneous detection of multiple biomolecules, we successfully detected antibodies at a concentration of 6 aM using a SiNW biosensor with a width of 10.8 nm. In addition, we fabricated a multi-SiNW sensor equipped with four sensors, achieved specific detection of HA1 at a concentration of 1 aM by immobilizing SiNWs with anti-HA1 IgG, and achieved simultaneous measurement using two sensors.
Free Research Field	ナノスケール計測加工、医用システム
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	インフルエンザ等のウイルス性疾患は、各診療機関で迅速診断キットを用いることで1時間以内に診断可能である。しかし、陽性反応を得るには鼻水等の体液に数万個のウイルス含有が必要だが、感染初期にはウイルス数が少なく、陽性反応が現れないことが多い。この段階で陽性反応を得るには、試料を検査機関へ送りウイルス分離やPCR法等の高度な測定が必要となり、時間と費用がかかる。本研究で創製したマルチSiNWバイオセンサは、aMレベルの超低濃度のウイルス由来の生体分子を特異的に検出できた。この研究を進めて、体液1滴に含まれるウイルスの種類まで各診療機関でその場で判定できれば、インフルエンザ等の流行の抑制が期待できる。