ナノチャネル電極デバイスによる長鎖DNAのエピジェネティック物性の超高速検出

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25246014
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 川合 知二 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (20092546)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 長島 一樹 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (10585988) ; 田中 裕行 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (20314429)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: １分子科学 / ナノテクノロジー / DNA / エピゲノム

Outline of Annual Research Achievements

自己組織化プロセスにより形成するナノロッド構造と微細加工技術を駆使したチャネル構造を有機的に融合させることに成功した。長鎖ＤＮＡ分子を伸長化するためには、①ランダムコイル状の長鎖ＤＮＡ分子がコンフォメーションを変えながらナノ流路に侵入するプロセスＡと②その後にＤＮＡの持続長(50nm 程度)以下のナノ流路空間に閉じ込めるプロセスＢを制御する必要がある。本研究において検出時間分解能を決定するプロセスＡの侵入速度を制御するためには、ナノ流路の直前で長鎖ＤＮＡ分子がある程度伸長されていることが重要であることが分かった。そこでプロセスＡを制御するために、ＤＮＡの持続長以下のサイズの自己組織化ナノロッド構造をナノチャネル前に配置し、Hairpin Collision と呼ばれるＤＮＡが自身の持続長以下のナノ構造体に引っ掛かることで伸長されるダイナミクスを利用した。次いで、プロセスＢを設計するために、これまでに我々のグループで構築してきた微細加工技術を駆使してチャネル幅50nm 以下のナノチャネル構造を創製した。本研究により、従来技術では展開することが困難であった長鎖ＤＮＡ分子を短時間で伸長・分離・検出することに成功した。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Self-assembled Nanowire Arrays as Three-dimensional Nanopores for Filtration of DNA Molecules (2015)
  • Author(s): S. Rahong, T. Yasui, T. Yanagida, K. Nagashima, M. Kanai, G. Meng, Y. He, F. W. Zhuge, N. Kaji, T. Kawai and Y. Baba
  • Journal Title: Analytical Sciences Volume: 31 Pages: 153-157
  • DOI: 10.2116/analsci.31.153.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A flux induced crystal phase transition in the vapor-liquid-solid growth of indium-tin oxide nanowires (2014)
  • Author(s): G. Meng, T. Yanagida, H. Yoshida, K. Nagashima, M. Kanai, F. W. Zhuge, Y. He, A. Klamchuen, S. Rahong, X. Fang, S. Takeda and T. Kawai
  • Journal Title: Nanoscale Volume: 6 Pages: 7033-7038
  • DOI: 10.1039/c4nr01016g
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Ultrafast and Wide Range Analysis of DNA Molecules Using Rigid Network Structure of Solid Nanowires (2014)
  • Author(s): S. Rahong, T. Yasui, T. Yanagida, K. Nagashima, M. Kanai, A. Klamchuen, G. Meng, Y. He, F. W. Zhuge, N. Kaji, T. Kawai and Y. Baba
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 4 Pages: 5252(1-8)
  • DOI: 10.1038/srep05252
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Cellulose Nanofiber Paper as an Ultra Flexible Nonvolatile Memory (2014)
  • Author(s): K. Nagashima, H. Koga, U. Celano, F. W. Zhuge, M. Kanai, S. Rahong, G. Meng, Y. He, J. D. Boeck, M. Jurczak, W. Vandervorst, T. Kitaoka, M. Nogi and T. Yanagida
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 4 Pages: 5532(1-7)
  • DOI: 10.1038/srep05532
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Nanoscale Size-Selective Deposition of Nanowires by Micrometer Scale Hydrophilic Patterns (2014)
  • Author(s): Y. He, K. Nagashima, M. Kanai, G. Meng, F. W. Zhuge, S. Rahong, X. Li, T. Kawai and T. Yanagida
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 4 Pages: 5943(1-5)
  • DOI: 10.1038/srep05943
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Modulation of Thermoelectric Power Factor via Radial Dopant Inhomogeneity in B-doped Si Nanowires (2014)
  • Author(s): F. W. Zhuge, T. Yanagida, N. Fukata, K. Uchida, M. Kanai, K. Nagashima, G. Meng, Y. He, S. Rahong, X. Li and T. Kawai
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 136 Pages: 14100-14106
  • DOI: 10.1021/ja5055884
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Cellulose Nanofiber Paper as an Ultra Flexible Nonvolatile Memory (2014)
  • Author(s): K. Nagashima, H. Koga, U. Celano, F. W. Zhuge, M. Kanai, S. Rahong, G. Meng, Y. He, J. D. Boeck, M. Jurczak, W. Vandervorst, T. Kitaoka, M. Nogi and T. Yanagida
  • Organizer: 2014 MRS Fall Meeting
  • Place of Presentation: Hynes Convention Center and Sheraton Boston Hotel(U.S.A.)
  • Year and Date: 2014-11-30 – 2014-12-05
• [Presentation] Nanoscale Size-Selective Assembly of Nanowires by Micrometer Scale Hydrophilic Patterns (2014)
  • Author(s): Y. He, K. Nagashima, M. Kanai, G. Meng, F. W. Zhuge, S. Rahong, X. Li, T. Kawai and T. Yanagida
  • Organizer: 2014 MRS Fall Meeting
  • Place of Presentation: Hynes Convention Center and Sheraton Boston Hotel(U.S.A.)
  • Year and Date: 2014-11-30 – 2014-12-05
• [Presentation] Composition and Crystal Phase Engineering of VLS Nanowires: Impact of Element Nucleation Competitions at Liquid-Solid Interface (2014)
  • Author(s): G. Meng, K. Nagashima, H. Yoshida, M. Kanai, F. W. Zhuge, Y. He, A. Klamchuen, S. Rahong, S. Takeda, T. Kawai and T. Yanagida
  • Organizer: 2014 MRS Fall Meeting
  • Place of Presentation: Hynes Convention Center and Sheraton Boston Hotel(U.S.A.)
  • Year and Date: 2014-11-30 – 2014-12-05
• [Presentation] Fundamental Design Rule for Nanowire Alignment on Water Favorable Pattern (2014)
  • Author(s): Y. He, K. Nagashima, M. Kanai, G. Meng, F. W. Zhuge, S. Rahong, X. Li, T. Kawai and T. Yanagida
  • Organizer: 2014 MRS Fall Meeting
  • Place of Presentation: Hynes Convention Center and Sheraton Boston Hotel(U.S.A.)
  • Year and Date: 2014-11-30 – 2014-12-05
• [Presentation] Modulating Transport Properties in B-Doped Si Nanowires via Rationally Designed Dopant Inhomogeneity and Its Application in Thermoelectrics (2014)
  • Author(s): F. W. Zhuge, N. Fukata, K. Uchida, M. Kanai, K. Nagashima, G. Meng, Y. He, S. Rahong, X. Li, T. Kawai and T. Yanagida
  • Organizer: 2014 MRS Fall Meeting
  • Place of Presentation: Hynes Convention Center and Sheraton Boston Hotel(U.S.A.)
  • Year and Date: 2014-11-30 – 2014-12-05
• [Presentation] Modulation of Thermoelectric Power Factor via Radial Dopant Inhomogeneity in B-Doped Si Nanowires (2014)
  • Author(s): F. W. Zhuge, N. Fukata, K. Uchida, M. Kanai, K. Nagashima, G. Meng, Y. He, S. Rahong, X. Li, T. Kawai and T. Yanagida
  • Organizer: 2014 MRS Fall Meeting
  • Place of Presentation: Hynes Convention Center and Sheraton Boston Hotel(U.S.A.)
  • Year and Date: 2014-11-30 – 2014-12-05
• [Presentation] Doping in VLS Metal Oxide Nanowires: Manipulation of Conductivity and Crystal Phase (2014)
  • Author(s): G. Meng, K. Nagashima, M. Kanai, H. Yoshida, F. W. Zhuge, Y. He, A. Klamchuen, S. Rahong, S. Takeda, T. Kawai and T. Yanagida
  • Organizer: 2014 MRS Fall Meeting
  • Place of Presentation: Hynes Convention Center and Sheraton Boston Hotel(U.S.A.)
  • Year and Date: 2014-11-30 – 2014-12-05
• [Presentation] マイクロスケール油水界面を利用したナノワイヤ粒子の配列 (2014)
  • Author(s): 長島一樹
  • Organizer: 国際粉体工業展東京2014アカデミックコーナー
  • Place of Presentation: 東京ビッグサイト（東京都江東区）
  • Year and Date: 2014-11-27
• [Presentation] 単結晶ナノワイヤ構造体によるナノ物性探索 (2014)
  • Author(s): 長島一樹, Gang Meng, Fuwei Zhuge, Yong He, 金井真樹, 柳田 剛
  • Organizer: 第2回アライアンス若手研究交流会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府茨木市）
  • Year and Date: 2014-11-26
• [Presentation] Single Molecule DNA and RNA Sequencing by Gating Nanopore systems (2014)
  • Author(s): T. Kawai
  • Organizer: The 7th International Symposium on Surface Science
  • Place of Presentation: 島根県立産業交流会館（くにびきメッセ）（島根県松江市）
  • Year and Date: 2014-11-02 – 2014-11-06
  • Invited
• [Presentation] Ultrafast Separation of Small Bomolecules by Three-dimensional Nanowire Structure (2014)
  • Author(s): S. Rahong, T. Yasui, T. Yanagida, M. Kanai, K. Nagashima, A. Klamchuen, M. Gang, H. Yong, F. W. Zhuge, N. Kaji, T. Kawai, and Y. Baba
  • Organizer: The 18th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2014)
  • Place of Presentation: Henry B. Gonzalez Convention Center(U.S.A.)
  • Year and Date: 2014-10-26 – 2014-10-30
• [Presentation] Rational Designing of Vapor-liquid-solid Oxide Nanowire Growth (2014)
  • Author(s): Annop Klamchuen, 柳田 剛, 長島一樹, 吉田秀人, 金井真樹, Fuwei Zhuge, Yong He, Gang Meng, 竹田精治, 川合知二
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] Single Crystalline NiO Nanowires Grown via VLS Mechanism and Their Significance on Resistive Switching Memory (2014)
  • Author(s): 長島一樹, 柳田 剛,吉田秀人, 金井真樹, Gang Meng, Fuwei Zhuge, Yong He,竹田精治, 川合知二
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] Modulation of Thermoelectric Power Factor via Radial Dopant Inhomogeneity in B-doped Si Nanowires (2014)
  • Author(s): Fuwei Zhuge, 金井真樹, 長島一樹, 深田直樹, 内田 建, 柳田 剛
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] Rational Concept for Designing Vapor-Liquid-Solid Growth of Metal Oxide Nanowire (2014)
  • Author(s): Annop Klamchuen, 柳田 剛, 長島一樹, 川合知二
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] 油水界面張力法を用いた単結晶ナノワイヤの基板上での配列アレイ化―ミクロンパターンでナノスケールのサイズ選択性を生む仕組みー (2014)
  • Author(s): Yong He, 柳田 剛, 長島一樹, 金井真樹, 川合知二
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] 意図的に導入されたドーパントの空間不均一性によるシリコンナノワイヤのパワーファクター増強効果 (2014)
  • Author(s): Fuwei Zhuge,柳田 剛, 長島一樹, 金井真樹, 深田直樹, 内田 建
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20