2018 Fiscal Year Annual Research Report
Single-Molecule Sequencing Methods via Tunneling Current
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26220603
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
谷口 正輝 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (40362628)
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| Project Period (FY) |
2014-05-30 – 2019-03-31
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| Keywords | １分子シークエンシング / ペプチド / ＤＮＡ / ペプチド / １分子科学 / トンネル電流 / ナノギャップ電極 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
DNAシークエンサー開発の大きなマイルストーンの１つであるバクテリオファージPhiX174の全ゲノム解析に成功した。5386塩基から構成されるPhiX174を、60塩基、120塩基の部分配列に断片化し、60塩基と120塩基の部分配列を１分子シークエンシング法で決定後、アセンブル法により全塩基配列を決定した。１分子シークエンシング法の実証と同時に、１分子シークエンシング法の動作原理を解明するため、１分子の大きさは同程度だが、最高占有分子軌道(HOMO)のエネルギーが異なる分子を用いて、１分子電気伝導度とHOMOのエネルギーの相関を詳細に調べた。その結果、１分子電気伝導度が、電極のフェルミエネルギーとHOMOのエネルギーの差の逆二乗に比例するランダウア―理論に沿うことを明らかにすることが出来た。
電流―時間波形の情報量を増加させて、機械学習による両末端の高精度識別を実現するため、電流計測の時間分解能を10KHzから100KHzまで向上させた計測システムを開発した。この計測システムを用いて、２塩基分子から構成されるDNAオリゴマーの１分子識別を機械学習により行った。機械学習を用いない統計解析法では、DNAの３’末端と５’末端の識別ができなかった。機械学習を用いて、全16種類のDNAオリゴマーの電流―時間波形を解析したところ、３’末端と５’末端の識別できることに成功した。
開発した計測システムを用いて、20種類のアミノ酸の１分子識別を行った。溶液のpH、印加電圧、および電極間距離の制御を行ったところ、電極間距離の最適化を行うことで、全20種類のアミノ酸の１分子電気伝導度―時間波形を取得できた。各アミノ酸分子の１分子電気伝導度の確率密度関数を用いた統計解析により、全20種類のアミノ酸の１分子識別に成功した。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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