Integrated solid-state nanopores for single-cell multiomics analysis

用于单细胞多组学分析的集成固态纳米孔

基本信息

批准号：
22H01926
负责人：
筒井真楠
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

サラウンドゲート電極をナノポアに集積したFET型ナノポアを用いて、DNAとタンパク質の1分子泳動制御を実施した。実験では、まず両面が厚さ50 nmの窒化シリコン膜で被覆されたシリコンウエハの片面に、フォトリソグラフィーと金属スパッタにより、引き出し電極を形成した。続いて、ウェットエッチング処理によりシリコン層を除去し、窒化シリコンメンブレンを形成した。その後、電子線リソグラフィにより直径150 nm～100 nmの円を描画した、現像後のレジスト層をマスクとして用いることで、反応性イオンエッチングによりナノポアを開口させた。そして、電子線描画法により今度はゲート電極パターンをナノポア周囲に描画し、白金層をスパッタしたのち、有機溶媒中でリフトオフした。最後に、メンブレン上面から化学蒸着法により厚さ20 nmの二酸化ケイ素層を蒸着した。こうして作製したFET型ナノポアを用いて、様々な長さのDNAや牛血清アルブミン等のタンパク質分子の1分子検出を実施した。ゲート電圧に加える電圧により、ナノポア内に生じる電気浸透流の流速が変化し、これにより当該分子の泳動速度を精密に制御することが可能であることを確認した。さらに、電解質溶液の誘電率によるDNAの1分子イオン電流信号増強法を創成することにも成功した。この新規手法は、ナノポアに注入する生理食塩水にエタノールやグリセロールを混合するだけでの、非常に簡便かつ効果的な手法であり、誘電率だけでなく粘性も変えれば、分子の泳動速度の低減も図ることができるものである。

使用集成有环绕栅电极的 FET 型纳米孔，我们对 DNA 和蛋白质进行了单分子迁移控制。在实验中，首先使用光刻和金属溅射在硅晶片的一侧形成引出电极，硅晶片的两面都涂有50 nm厚的氮化硅薄膜。随后，通过湿法蚀刻处理去除硅层以形成氮化硅膜。然后，使用显影的抗蚀剂层(其中使用电子束光刻法绘制直径为150nm至100nm的圆圈)作为掩模，通过反应离子蚀刻打开纳米孔。然后，使用电子束光刻在纳米孔周围绘制栅电极图案，溅射铂层，然后在有机溶剂中剥离。最后，通过化学气相沉积从膜的顶部沉积20 nm厚的二氧化硅层。利用如此创建的FET型纳米孔，我们对各种长度的DNA和牛血清白蛋白等蛋白质分子进行了单分子检测。已证实，施加到栅极电压的电压改变了纳米孔内产生的电渗流的流速，从而可以精确控制分子的迁移速度。此外，我们成功地创建了一种利用电解质溶液的介电常数增强DNA的单分子离子电流信号的方法。这种新方法是一种非常简单有效的方法，只需将乙醇或甘油与注入纳米孔的生理盐水混合，通过改变介电常数和粘度，可以降低分子的迁移速度。这也是可以实现的。

项目成果

期刊论文数量（8）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Ionic Signal Amplification of DNA in a Nanopore

纳米孔中 DNA 的离子信号放大

DOI：
10.1002/smtd.202200761
发表时间：
2022
期刊：
Small Methods
影响因子：
12.4
作者：
Tsutsui Makusu;Yokota Kazumichi;He Yuhui;Kawai Tomoji
通讯作者：
Kawai Tomoji

ナノポア発電素子

纳米孔发电元件

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
筒井真楠;横田一道;リョーイツワイ;ハ―ユフイ;川合知二
通讯作者：
川合知二

ナノポアイオン電流信号増強法

纳米孔离子电流信号增强方法

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Leong Iat Wai;Kishimoto Shohei;Tsutsui Makusu;Taniguchi Masateru;筒井真楠
通讯作者：
筒井真楠

Nanopore sensing for single-virus detections to digital infection diagnosis

用于单病毒检测和数字感染诊断的纳米孔传感

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
根北翔;柳本宗達;三宮工;秋葉圭一郎;滝口雅人;角倉久史;村山光宏;斉藤光;Makusu Tsutsui
通讯作者：
Makusu Tsutsui

Regulating Nonlinear Ion Transport through a Solid-State Pore by Partial Surface Coatings

通过部分表面涂层调节通过固态孔的非线性离子传输

DOI：
10.1021/acsami.2c19485
发表时间：
2023
期刊：
ACS Applied Materials & Interfaces
影响因子：
0
作者：
Leong Iat Wai;Tsutsui Makusu;Yokota Kazumichi;Murayama Sanae;Taniguchi Masateru
通讯作者：
Taniguchi Masateru