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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

研究課題

研究課題/領域番号 20J20553
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分28050:ナノマイクロシステム関連
研究機関大阪大学

研究代表者

LEONG IAT WAI  大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
2022年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードナノポア / イオン電流 / 塩濃度勾配 / 電気浸透流 / 1粒子計測 / 塩分濃度差 / イオン輸送 / ナノ粒子
研究開始時の研究の概要

互いに混合しない2種類の液体を用いて形成される液液界面が物質を捕捉しやすい特性を利用し、ナノポア近傍で形成する液液界面にナノ粒子をトラップさせる。サラウンドゲート電圧印加によりナノポア内の電気浸透流を制御することで、液液界面にトラップしたナノポア内の粒子位置をナノスケールで制御しながらイオン電流変化を測定する。この液液界面アシストナノポア技術を駆使し、ナノポア内の液液界面を介したナノ流体現象を明らかにすると共に、ナノ粒子をターゲットとした1 粒子のナノスケール位置制御法を創成する。

研究実績の概要

ナノポア(ナノスケールの細孔)技術は、イオン電流波形解析法による液中の1個の粒子に対して計測法が着目されている。本研究の目的では、このイオン電流計測法における粒子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、異なる電解質溶液条件を用いることで、ナノポア近傍の流体効果の制御する手法に取り組んだ。
昨年度では、ナノポアの両側に塩分濃度勾配条件を付けることで、検体粒子が低濃度側に入れるとイオン電流シグナルの検出頻度が増大する傾向が見られ、塩分濃度勾配による電気浸透流の効果が大きくなることが分かった。電気浸透流は表面における電気二重層に依存することは一般的な認識である。これまでの研究では、ナノポアの内壁面に表面電荷密度を設定したが、外表面の表面電荷における流体の影響ではいままで報告例が無かった。
ナノポアの内壁面と外表面の影響を検証するため、固体膜表面に金属酸化物を被覆する実験を行った。金属酸化物材料は各自の表面電気特性(等電点とゼータ電位)が存在し、電解質溶液のpHを調節することを加えて、表面電荷変化におけるイオン電流-電圧計測を行った。また、作製プロセスの手順を変更することで、ナノポアの内壁面と外表面に金属酸化物材料を被覆するパータンは4種類存在する。計測実験では、4種類のナノポアデバイスを作製し、それぞれイオン電流-電圧特性の違いを確認した。さらに、イオン電流整流特性とゼータ電位の依存性を検討した。また、マルチフィジックスシミュレーションの計算結果では、ナノポア近傍で発生する流体行為と電流-電圧特性の関係性を確認した。
本研究の成果によって、従来のナノポアデバイスではナノポアの近傍流体制御するのが難しい、電解質溶液条件とナノポアにおける内壁と外表面の効果を明らかにすることができた。これは、ナノ・マイクロシステムにおけるイオン輸送現象の設計と制御において非常に重要な知見である。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Regulating Nonlinear Ion Transport through a Solid-State Pore by Partial Surface Coatings2023

    • 著者名/発表者名
      Leong Iat Wai、Tsutsui Makusu、Yokota Kazumichi、Murayama Sanae、Taniguchi Masateru
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 15 号: 4 ページ: 6123-6132

    • DOI

      10.1021/acsami.2c19485

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Interference of electrochemical ion diffusion in nanopore sensing2022

    • 著者名/発表者名
      Leong Iat Wai、Kishimoto Shohei、Tsutsui Makusu、Taniguchi Masateru
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 25 号: 10 ページ: 105073-105073

    • DOI

      10.1016/j.isci.2022.105073

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Salt Gradient Control of Translocation Dynamics in a Solid-State Nanopore2021

    • 著者名/発表者名
      Leong Iat Wai、Tsutsui Makusu、Yokota Kazumichi、Taniguchi Masateru
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: 93 号: 49 ページ: 16700-16708

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.1c04342

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electroosmosis-Driven Nanofluidic Diodes2020

    • 著者名/発表者名
      Leong Iat Wai、Tsutsui Makusu、Murayama Sanae、He Yuhui、Taniguchi Masateru
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 124 号: 32 ページ: 7086-7092

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.0c04677

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Quasi-Stable Salt Gradient and Resistive Switching in Solid-State Nanopores2020

    • 著者名/発表者名
      Leong Iat Wai、Tsutsui Makusu、Murayama Sanae、Hayashida Tomoki、He Yuhui、Taniguchi Masateru
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 12 号: 46 ページ: 52175-52181

    • DOI

      10.1021/acsami.0c15538

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 固体ナノポアを介したイオン輸送におけるカチオン依存性2022

    • 著者名/発表者名
      梁逸偉、筒井真楠、谷口正輝
    • 学会等名
      第16回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] クラウンエーテル錯体における固体ナノポアのイオン輸送特性2022

    • 著者名/発表者名
      梁逸偉、筒井真楠、谷口正輝
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Asymmetric Ion and Fluid Transport in Solid-State Pores for Nanofluidic Circuits2022

    • 著者名/発表者名
      Iat Wai Leong, Makusu Tsutsui, Masateru Taniguchi
    • 学会等名
      IUMRS-ICYRAM 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Rectification of ionic current in asymmetric dielectric coating solid-state nanopore under salt gradient2022

    • 著者名/発表者名
      Iat Wai Leong, Makusu Tsutsui, Masateru Taniguchi
    • 学会等名
      The 102nd The Chemical Society of Japan Annual Meeting (2022)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 固体ナノポアにおけるイオン濃度勾配を伴う1粒子ダイナミクス2021

    • 著者名/発表者名
      梁逸偉、筒井真楠、谷口正輝
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Negative Differential Resistance in a Nanopore under Salt Gradient: Models of Surface Charge Effect2021

    • 著者名/発表者名
      Iat Wai Leong、Makusu Tsutsui、Masateru Taniguchi
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 固体ナノポアにおける非対称イオン輸送2021

    • 著者名/発表者名
      梁逸偉、筒井真楠、谷口正輝
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

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