2023 Fiscal Year Annual Research Report
Integrated solid-state nanopores for single-cell multiomics analysis
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22H01926
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
筒井 真楠 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (50546596)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | ナノポア / イオン電流 / 1分子検出 / マルチオミクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
サラウンドゲートナノポアによる電荷選択的イオンおよび粒子検出を実施した。直径20 nmのナノポアにゲート電極とゲート絶縁膜を集積した構造を作製した。これを用いて様々なイオン濃度でイオン電流計測を実施し、その結果からイオン濃度拡散に伴う起電力を見積もった。希薄なイオン濃度条件下では、起電力の大きさが印可するゲート電圧により変化した。その結果からナノポアのイオン選択性の強度を計算したところ、負（正）のゲート電圧を加えることで、ナノポア内のイオン輸送がカチオン（アニオン）選択的に変化することが明らかになった。またこの現象を塩分濃度差発電に応用したところ、ゲート電圧制御によって発電能を10倍近く向上させることが可能であることを実証することに成功した。これは当初の計画以上の成果である。さらにこのサラウンドゲートナノポアを用いてバクテリオファージの1粒子検出を実施し、ゲート電圧による電気浸透流制御によって、ファージの表面電荷密度に応じた選択的1粒子検出やDNAの通過速度の減速が可能であることを確認した。また、積層集積ナノポアによるバクテリオファージの1粒子検出のための準備実験を実施し、ファージと精製DNAが混合した電解質液中においても、ナノポアに加える電圧の向きによって、DNAあるいはファージだけがナノポアを通過することが確認できた。これは、印可した電圧の大きさと向きによって決まる電気浸透流と電気泳動力のバランスによる効果として解釈できるものである。
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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
サラウンドゲートナノポアによるイオン電流計測を進める中で、ゲート電圧によって、当初計画していた1粒子泳動ダイナミクスの制御だけでなく、ナノポアにおけるイオン選択性まで制御可能であることを発見できた。この結果は、ナノポアセンサだけでなく、ナノポア発電素子の研究分野においても大きなインパクトを与えるものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
今回の結果をベースに、積層集積ナノポアを用いたバクテリオファージおよび細胞の膜破壊・その場1分子検出を、当初の計画通り進めていく。
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