多重ナノ電極組込ウェルデバイスによる単一生体分子形態識別法の創成

使用包含多个纳米电极的井装置创建单一生物分子形态识别方法

基本信息

批准号：
15J05282
负责人：
有馬彰秀
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J05282/
关键词：
ナノポアナノ電極ナノウェル

项目摘要

H27年度は、ナノ電極による検体識別の原理実証として、1分子レベルでのタンパク質の識別を行なった。弾性基板上の金属細線の機械的破断を行うことでナノギャップ電極として機能させる機械的破断接合法と、代表者により考案された絶縁被覆ナノ電極を組み合わせ、分子検出時におけるバックグラウンドイオン電流を1/10以下に抑制した状態で測定を行った。電子伝達タンパク質としてよく知られるシトクロムcおよび高い構造的アスペクト比を持ち、モデルタンパク質として広く使用されるウシ血清アルブミンを試料として、電流計測による1分子検出を実施した。電極間距離を一定に保ったときの両者のコンダクタンスヒストグラムには明確な違いが確認された。1分子が検出されたと考えられるが、同時に複数のピークが観察されており、複数の分子と異なる電極-分子の接合状態の寄与が考えられる。特にシトクロムcでは、特定のピークでは整数倍の関係が確認され、複数の検体による寄与が考えられるが、具体的な接合状態までの評価は本測定系ではまだ課題があると考えられ、検体を捕捉した状態での分析の必要性が示唆された。また、ナノポア構造をナノウェル構造へと発展させ、ナノウェル構造を申請者の考案した絶縁被覆ナノ電極と組み合わせることで、新規デバイスを開発した。各電極部分における高精度微細加工に加え、ポリイミドと二酸化ケイ素の積層と掘削を適切に行うことにより、トラップ電極、センシング電極、ウェル構造を備えた複合デバイスの作製に成功した。ナノ電極単体でのタンパク質測定が可能であることは上記測定により実証されている。加えてこの機構により、電気泳動的に検体をナノウェルで捕捉した状態で、横方向の絶縁被覆ナノ電極による単一生体分子測定が可能であると考えられる。

2017财年，我们在单分子水平上鉴定了蛋白质，作为使用纳米电极进行样本识别的原理证明。通过将机械断裂接合方法与代表人设计的绝缘涂层纳米电极相结合，机械断裂接合方法通过机械断裂弹性基板上的细金属线来充当纳米间隙电极，分子检测期间的背景离子电流可以降低至1。在将温度抑制到/10以下的情况下进行。使用众所周知的电子传递蛋白细胞色素c和具有高结构纵横比且广泛用作模型蛋白的牛血清白蛋白，通过电流测量进行单分子检测。当电极之间的距离保持恒定时，证实两者的电导直方图之间存在明显差异。虽然认为检测到了一个分子，但同时观察到多个峰，并且考虑了多个分子和不同的电极-分子键合状态的贡献。特别是，对于细胞色素c，某些峰证实了整数倍关系，并且可能有多个分析物做出了贡献，但人们认为该测量系统在评估特定缀合状态方面仍然存在问题，并且需要建议在捕获状态下进行分析。此外，通过将纳米孔结构发展为纳米井结构并将纳米井结构与申请人设计的绝缘涂层纳米电极相结合，开发了一种新装置。除了每个电极部分的高精度微加工之外，他们还通过对聚酰亚胺和二氧化硅进行适当的层压和钻孔，成功地制造了具有陷阱电极、传感电极和井结构的复合器件。上述测量表明使用单个纳米电极测量蛋白质是可能的。此外，这种机制被认为能够使用横向绝缘涂层纳米电极进行单个生物分子测量，同时分析物在纳米孔中被电泳捕获。