Single molecule sensing using nano-heater embedded nanopores

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K18947
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Tsutsui Makusu 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (50546596)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Keywords: ナノポア / 電気化学 / イオン電流 / 局所加熱 / NEMS / DNA / 熱泳動

Outline of Final Research Achievements

Solid-state nanopores are anticipated to be applied as sensors capable of detecting microscopic objects in water with ultra-high sensitivity at the single particle or molecule level. In this study, we created a nanostructure that integrates solid-state nanopores and nanowire heaters using microfabrication technology, forming a locally heated nanopore space. By applying these nanopores, we successfully developed a novel nanopore measurement method that enables the denaturation of double-stranded DNA into single strands, as well as the lysis of biological particles and in-situ single-molecule detections of their DNA.

Free Research Field

バイオテクノロジー

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、水の沸点以上にまで昇温されたナノポア空間を形成する新たな手法を創成できた。今後は、この特殊なナノポア空間において、水の密度やイオン濃度分布、粘性や電気浸透流などの流体減少、さらにはイオン輸送過程における平均自由工程等がどのように理解できるものなのかを調べる新たな研究展開が期待される。また、本研究により当該ナノポア空間が1生体粒子の内部物質検出に応用可能であることを明らにできた。これにより、PCR増幅が原理的に不可能なタンパク質や代謝物質をオンチップで1分子検出する革新的1細胞解析技術の創出可能性を大きく拓くことができた。