| 研究課題/領域番号 |
23K23194
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01926 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28050:ナノマイクロシステム関連
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
筒井 真楠 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (50546596)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2024年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2023年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2022年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
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| キーワード | ナノポア / ナノ計測 / 1分子検出 / イオン電流 / マルチオミクス / 1細胞解析 / 電気泳動 / ナノ流体 / 単分子 / 1細胞 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、FET型ナノポアによる1粒子泳動ダイナミクス解析・制御法を応用・発展させ、タンパク質やDNAの表面電荷選択的1分子検出法を創成する。そして当該手法を、集積ナノポアを用いた1生体粒子破砕技術と融合させることで、1細胞内物質の網羅的1分子検出・識別を実現する。本研究の達成により、局所電場が付与されたナノ制限空間における1分子泳動ダイナミクスの基礎科学を構築すると共に、オンチップ1生体粒子マルチオミクス分析に資する革新的ナノポア技術を創出することで、生命科学研究分野の発展に寄与する。
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| 研究実績の概要 |
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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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
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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| 今後の研究の推進方策 |
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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