ナノチャネル電極デバイスによる長鎖DNAのエピジェネティック物性の超高速検出

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25246014
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 川合 知二 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (20092546)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 長島 一樹 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (10585988) ; 田中 裕行 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (20314429)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: １分子科学 / ナノテクノロジー / ＤＮＡ / エピゲノム

Outline of Annual Research Achievements

ナノワイヤ構造を微細加工技術を駆使して形成されたマイクロ流路中に形成する技術を開発した。更に、マイクロ流路中の狙った空間位置に狙った空間密度でナノワイヤ構造体を形成する技術を構築した。この技術の構築により、従来のナノ構造体では分離・回収が困難であった長鎖ＤＮＡの分析に成功した。この成功要因は、（１）マイクロ流路中の狙いの空間位置だけに密なナノワイヤ構造体を形成することが可能であるために、小さな電圧で大きな電界強度を任意に形成することが可能となり、ＤＮＡの高速分析が可能となっている点、（２）更に、狙いの空間位置に狙いの空間密度のナノワイヤを形成することで、ＤＮＡの大きさに対応した３次元空隙を設計することが初めて可能になった点が挙げられる。このように本研究により、従来技術では展開することが困難であった長鎖ＤＮＡ分子を短時間で伸長・分離・検出することに成功した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初計画通り研究の進捗があり、おおむね順調に研究が進展している。

Strategy for Future Research Activity

今後の研究の推進方策としては、本研究で得られたナノチャネル構造を更に展開し、エピゲノム情報を電気的に検出するデバイスへと発展させる。更に、ＤＮＡだけに留まらずより高次な生体分子を電気的に読み取るデバイス群へと飛躍させる。

Research Products

• [Journal Article] Self-assembled Nanowire Arrays as Three-dimensional Nanopores for Filtration of DNA Molecules (2015)
  • Author(s): S. Rahong, T. Yasui, T. Yanagida, K. Nagashima, M. Kanai, G. Meng, Y. He, F. W. Zhuge, N. Kaji, T. Kawai and Y. Baba
  • Journal Title: Analytical Sciences Volume: 31 Pages: 153-157
  • DOI: 10.2116/analsci.31.153.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A flux induced crystal phase transition in the vapor-liquid-solid growth of indium-tin oxide nanowires (2014)
  • Author(s): G. Meng, T. Yanagida, H. Yoshida, K. Nagashima, M. Kanai, F. W. Zhuge, Y. He, A. Klamchuen, S. Rahong, X. Fang, S. Takeda and T. Kawai
  • Journal Title: Nanoscale Volume: 6 Pages: 7033-7038
  • DOI: 10.1039/c4nr01016g
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Ultrafast and Wide Range Analysis of DNA Molecules Using Rigid Network Structure of Solid Nanowires (2014)
  • Author(s): S. Rahong, T. Yasui, T. Yanagida, K. Nagashima, M. Kanai, A. Klamchuen, G. Meng, Y. He, F. W. Zhuge, N. Kaji, T. Kawai and Y. Baba
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 4 Pages: 5252(1-8)
  • DOI: 10.1038/srep05252
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Cellulose Nanofiber Paper as an Ultra Flexible Nonvolatile Memory (2014)
  • Author(s): K. Nagashima, H. Koga, U. Celano, F. W. Zhuge, M. Kanai, S. Rahong, G. Meng, Y. He, J. D. Boeck, M. Jurczak, W. Vandervorst, T. Kitaoka, M. Nogi and T. Yanagida
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 4 Pages: 5532(1-7)
  • DOI: 10.1038/srep05532
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Nanoscale Size-Selective Deposition of Nanowires by Micrometer Scale Hydrophilic Patterns (2014)
  • Author(s): Y. He, K. Nagashima, M. Kanai, G. Meng, F. W. Zhuge, S. Rahong, X. Li, T. Kawai and T. Yanagida
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 4 Pages: 5943(1-5)
  • DOI: 10.1038/srep05943
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Modulation of Thermoelectric Power Factor via Radial Dopant Inhomogeneity in B-doped Si Nanowires (2014)
  • Author(s): F. W. Zhuge, T. Yanagida, N. Fukata, K. Uchida, M. Kanai, K. Nagashima, G. Meng, Y. He, S. Rahong, X. Li and T. Kawai
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 136 Pages: 14100-14106
  • DOI: 10.1021/ja5055884
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Cellulose Nanofiber Paper as an Ultra Flexible Nonvolatile Memory (2014)
  • Author(s): K. Nagashima, H. Koga, U. Celano, F. W. Zhuge, M. Kanai, S. Rahong, G. Meng, Y. He, J. D. Boeck, M. Jurczak, W. Vandervorst, T. Kitaoka, M. Nogi and T. Yanagida
  • Organizer: 2014 MRS Fall Meeting
  • Place of Presentation: Hynes Convention Center and Sheraton Boston Hotel(U.S.A)
  • Year and Date: 2014-11-30 – 2014-12-05
• [Presentation] Nanoscale Size-Selective Assembly of Nanowires by Micrometer Scale Hydrophilic Patterns (2014)
  • Author(s): Y. He, K. Nagashima, M. Kanai, G. Meng, F. W. Zhuge, S. Rahong, X. Li, T. Kawai and T. Yanagida
  • Organizer: 2014 MRS Fall Meeting
  • Place of Presentation: Hynes Convention Center and Sheraton Boston Hotel(U.S.A)
  • Year and Date: 2014-11-30 – 2014-12-05
• [Presentation] Composition and Crystal Phase Engineering of VLS Nanowires: Impact of Element Nucleation Competitions at Liquid-Solid Interface (2014)
  • Author(s): G. Meng, K. Nagashima, H. Yoshida, M. Kanai, F. W. Zhuge, Y. He, A. Klamchuen, S. Rahong, S. Takeda, T. Kawai and T. Yanagida
  • Organizer: 2014 MRS Fall Meeting
  • Place of Presentation: Hynes Convention Center and Sheraton Boston Hotel(U.S.A)
  • Year and Date: 2014-11-30 – 2014-12-05
• [Presentation] Fundamental Design Rule for Nanowire Alignment on Water Favorable Pattern (2014)
  • Author(s): Y. He, K. Nagashima, M. Kanai, G. Meng, F. W. Zhuge, S. Rahong, X. Li, T. Kawai and T. Yanagida
  • Organizer: 2014 MRS Fall Meeting
  • Place of Presentation: Hynes Convention Center and Sheraton Boston Hotel(U.S.A)
  • Year and Date: 2014-11-30 – 2014-12-05
• [Presentation] Modulating Transport Properties in B-Doped Si Nanowires via Rationally Designed Dopant Inhomogeneity and Its Application in Thermoelectrics (2014)
  • Author(s): F. W. Zhuge, N. Fukata, K. Uchida, M. Kanai, K. Nagashima, G. Meng, Y. He, S. Rahong, X. Li, T. Kawai and T. Yanagida
  • Organizer: 2014 MRS Fall Meeting
  • Place of Presentation: Hynes Convention Center and Sheraton Boston Hotel(U.S.A)
  • Year and Date: 2014-11-30 – 2014-12-05
• [Presentation] Modulation of Thermoelectric Power Factor via Radial Dopant Inhomogeneity in B-Doped Si Nanowires (2014)
  • Author(s): F. W. Zhuge, N. Fukata, K. Uchida, M. Kanai, K. Nagashima, G. Meng, Y. He, S. Rahong, X. Li, T. Kawai and T. Yanagida
  • Organizer: 2014 MRS Fall Meeting
  • Place of Presentation: Hynes Convention Center and Sheraton Boston Hotel(U.S.A)
  • Year and Date: 2014-11-30 – 2014-12-05
• [Presentation] Doping in VLS Metal Oxide Nanowires: Manipulation of Conductivity and Crystal Phase (2014)
  • Author(s): G. Meng, K. Nagashima, M. Kanai, H. Yoshida, F. W. Zhuge, Y. He, A. Klamchuen, S. Rahong, S. Takeda, T. Kawai and T. Yanagida
  • Organizer: 2014 MRS Fall Meeting
  • Place of Presentation: Hynes Convention Center and Sheraton Boston Hotel(U.S.A)
  • Year and Date: 2014-11-30 – 2014-12-05
• [Presentation] マイクロスケール油水界面を利用したナノワイヤ粒子の配列 (2014)
  • Author(s): 長島一樹
  • Organizer: 国際粉体工業展東京2014アカデミックコーナー
  • Place of Presentation: 東京ビッグサイト（東京都江東区）
  • Year and Date: 2014-11-27
• [Presentation] 単結晶ナノワイヤ構造体によるナノ物性探索 (2014)
  • Author(s): 長島一樹, Gang Meng, Fuwei Zhuge, Yong He, 金井真樹, 柳田 剛
  • Organizer: 第2回アライアンス若手研究交流会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府茨木市）
  • Year and Date: 2014-11-26
• [Presentation] Ultrafast Separation of Small Bomolecules by Three-dimensional Nanowire Structure (2014)
  • Author(s): S. Rahong, T. Yasui, T. Yanagida, M. Kanai, K. Nagashima, A. Klamchuen, M. Gang, H. Yong, F. W. Zhuge, N. Kaji, T. Kawai, and Y. Baba
  • Organizer: The 18th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2014)
  • Place of Presentation: Henry B. Gonzalez Convention Center (U.S.A.)
  • Year and Date: 2014-10-26 – 2014-10-30
• [Presentation] Single Crystalline NiO Nanowires Grown via VLS Mechanism and Their Significance on Resistive Switching Memory (2014)
  • Author(s): 長島一樹, 柳田 剛,吉田秀人, 金井真樹, Gang Meng, Fuwei Zhuge, Yong He,竹田精治, 川合知二
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] Modulation of Thermoelectric Power Factor via Radial Dopant Inhomogeneity in B-doped Si Nanowires (2014)
  • Author(s): Fuwei Zhuge, 金井真樹, 長島一樹, 深田直樹, 内田 建, 柳田 剛
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] Rational Concept for Designing Vapor-Liquid-Solid Growth of Metal Oxide Nanowire (2014)
  • Author(s): Annop Klamchuen, 柳田 剛, 長島一樹, 川合知二
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] 油水界面張力法を用いた単結晶ナノワイヤの基板上での配列アレイ化―ミクロンパターンでナノスケールのサイズ選択性を生む仕組みー (2014)
  • Author(s): Yong He, 柳田 剛, 長島一樹, 金井真樹, 川合知二
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] 意図的に導入されたドーパントの空間不均一性によるシリコンナノワイヤのパワーファクター増強効果 (2014)
  • Author(s): Fuwei Zhuge,柳田 剛, 長島一樹, 金井真樹, 深田直樹, 内田 建
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] Rational Designing of Vapor-liquid-solid Oxide Nanowire Growth” (poster) (2014)
  • Author(s): Annop Klamchuen, 柳田 剛, 長島一樹, 吉田秀人, 金井真樹, Fuwei Zhuge, Yong He, Gang Meng, 竹田精治, 川合知二
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] Self-assembly Growth of Metal Oxide Nanowires (2014)
  • Author(s): Takeshi Yanagida（川合先生の代理発表）
  • Organizer: 5th International Conference on Nanostructures SELF-Assembly (NanoSEA 2014)
  • Place of Presentation: Cercle Mess de la Base de Defence de Marseille(France)
  • Year and Date: 2014-07-07 – 2014-07-11
  • Invited
• [Presentation] Single molecule electrical sequencing of DNA and RNA (2014)
  • Author(s): Tomoji KAWAI
  • Organizer: GTC’s 4th Next Generation Sequencing Conference
  • Place of Presentation: Paradise Point Resort & Spa(U.S.A.)
  • Year and Date: 2014-06-19 – 2014-06-20
  • Invited
• [Presentation] VLS法により形成されたITO単結晶ナノワイヤの組成制御と輸送特性 (2013)
  • Author(s): 金井真樹，柳田剛，Gang Meng，長島一樹，川合知二
  • Organizer: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス（京都府京田辺市）
  • Year and Date: 2013-09-16 – 2013-09-20