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本課題では、層間欠陥が極めて少ない高品質の多層グラフェンナノ薄膜に対して、超高周波フォノン計測法を確立し、多チャンネル振動子バイオセンサーをその用途として開発することを目指している。振動子センサーは代表的な無標識バイオセン サーであり、計測時間が短く、創薬プロセスに必要とされる生体分子間の親和性評価を可能とする。本年度では、微小孔を有するシリコン基板上に50 nm程度以下の多層グラフェン薄膜を吸着させる手法を考案し、昨年度まで問題となっていたバイオセンサーとしてのアッセイ時に薄膜が基板から剥離することを防ぐことに成功した。これにより、安定してバイオセンサー実験が実施可能となった。
この手法を用いて、多数の微小孔を有するシリコン基板上に多層グラフェンナノ薄膜を吸着させ、その外表面にピレンブタン酸スクシンイミジルエステルをリンカーとして吸着させ、さらに、リガンドタンパク質を固定化して、バイオセンサーとして完成させた。このバイオチップを自作のフローセルにセッティングし、裏面より自立薄膜部の多層グラフェンの共鳴周波数を計測することに成功した。共鳴周波数は40 GHzを超え、現存する振動子センサーとしては最高感度のセンサーである。
このセンサーを用いて、標的タンパク質としてIgGやCRPの検出を行ったところ、いずれも、無標識バイオセンサーとしては最も高い感度を示すことがわかった。さらに、振動子が非常に薄いため、従来の振動子センサーに対して使用されてきた理論解析法が通用しないことから、新たに、センサーの評価指標となる理論モデルを構築し、これが実験結果をよく説明することがわかった。
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