ナノヒータ組込みナノポアを用いた1分子計測法の創成

• 研究課題/領域番号: 22K18947
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分28:ナノマイクロ科学およびその関連分野
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 筒井 真楠 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (50546596)
• 研究期間 (年度): 2022-06-30 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2023年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2022年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
• キーワード: ナノポア / 電気化学 / イオン電流 / 局所加熱 / NEMS / DNA / 熱泳動 / ナノ流体 / 微小熱

研究開始時の研究の概要

本研究では、固体ナノポア法とナノヒータ技術を融合させた新規ナノポアセンサを創製する。まず、ナノポアとナノヒータの集積構造を用いて局所加熱されたナノポア空間を形成する。そして、イオン電流計測による精製DNAの1分子検出を実施し、当該ナノ空間をDNAが通過する際の、局所熱による1本鎖化ならびに1分子熱泳動機構を解明する。さらに本手法を発展させ、ナノヒータの局所熱を生体粒子の外膜破壊にも活用することで、1生体粒子からDNAの抽出・1本鎖化・1分子検出を実行できる新規1分子検出法を創成する

研究成果の概要

固体ナノポアは水中の微小物体を単一粒子・分子レベルの超高感度で検出することが可能なセンサとしての応用が期待されている。本研究では、微細加工技術を基軸に固体ナノポアとナノワイヤヒータを集積したナノ構造を創製し、これを用いて局所的に昇温したナノポア空間を形成した。そして当該ナノポアを応用し、二本鎖DNAの一本鎖化や生体粒子の破砕・内部分子検出を可能にする新規ナノポア計測法を創成することに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

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。