酵素、抗体、DNAアッセイのための分子認識・半導体マルチセンシングデバイスの構築

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14655324
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 逢坂 哲彌 早稲田大学, 理工学部, 教授 (20097249)
• 研究分担者: 丹羽 大介 早稲田大学, 理工学部, 助手 (60350485) ; 本間 敬之 早稲田大学, 理工学部, 助教授 (80238823)
• キーワード: バイオセンシングデバイス / 電界効果トランジスタ / 単分子テンプレート / 生体分子固定

研究概要

個々の生体分子の認識および生体反応に基づく分子レベルの反応解析等を照準とした超高感度な集積化マイクロバイオセンシングデバイスの構築を目的として、申請者らは、電極部において構造規制された機能性有機単分子膜を生体分子固定用のテンプレート表面として活用し、そこでの生体反応に伴う表面電位変化を電界効果トランジスタで直接的に電気信号検出する新規センシングテバイスの構築に関する研究を推進した。このようなデバイスをオンチップで作製するために必要となる「単分子テンプレート」すなわち、異なる種類の官能基を有する単分子膜を各電極上に位置選択的に形成させた生体物質固定場の構築を昨年度より行ってきた。テンプレートはSiO2/Si基板上に修飾分子として、アルキル系、フッ化アルキル系、アミノ基末端を有するシラン分子を主に用いて形成した。その修飾表面のバルクでのpH応答特性ついて検討を行ったところ、アミノ修飾表面は良好なpH応答性を示し、一方でアルキル系、フッ化アルキル系分子修飾基板はpH応答性を示さないことが確認された。本年度においては、上記テンプレート形成技術を活用し、溶液耐性を有する有機単分子膜修飾電界効果トランジスタを作製したところ、アミノ基修飾デバイスはイオン感応性トランジスタとして、アルキル系、フッ化アルキル系分子修飾デバイスは参照用トランジスタとして動作することを見出した。一方で、フッ化アルキル分子をフィールド層とし、マイクロ・ナノスケールの局所場にアミン分子を形成したテンプレート上へDNAの固定化を試みたところ、アミノ分子修飾された局所場上にのみ、高い位置・反応選択的に固定化させることに成功した。上記成果は高精度な生体物質検出のためのオンチップイオン・バイオセンシングデバイスの構築に有用であると考えられる。

研究成果

• [文献書誌] D.Niwa, T.Homma, T.Osaka: "Fabrication of Organic Monolayer Modified Ion-Sensitive Field Effect Transistors with High Chemical Durability"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.43, 1AB. L105-L107 (2004)
• [文献書誌] D.Niwa, K.Omichi, N.Motohashi, T.Homma, T.Osaka: "Formation of Micro and Nanoscale Patterns of Monolayer Templates for Position Selective Immobilization of Oligonucleotide using Ultraviolet and Electron Beam Lithography"Chemistry Letters. Vol.33, 2. 176-177 (2004)
• [文献書誌] D.Niwa, T.Inoue, H.Fukunaga, T.Akasaka, Taro, Yamada, T.Homma, T.Osaka: "Electrochemical Behavior of Methyl- and Butyl- Terminated Si(111) in Aqueous Solution"Chemistry Letters. Vol.33, 3. 284-285 (2004)
• [文献書誌] D.Niwa, Y.Yamada, T.Homma, T.Osaka: "Formation of Molecular Templates for Fabricating On-chip Biosensing Devices"Journal of Physical Chemistry B. Vol.108, 10. 3240-3245 (2004)