DNAシーケンシングに向けたナノポア内部・近傍における蛍光分子の発光制御

控制纳米孔内部和附近荧光分子的发光以进行 DNA 测序

基本信息

批准号：
20651035
负责人：
斎木敏治
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Keio University (2009)Kanagawa Academy of Science and Technology (2008)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

DNAシーケンシングへ向けたナノ構造として、シリコン薄膜中のナノスリットに着目し、性能確認のための計算機シミュレーションと実際の作製を試みた。シリコンは波長200～350nmの紫外光に対して、屈折率、吸収係数がともに非常に大きな値を持つ。その結果、表面での反射率が高く、また裏面への光の透過が小さいため、膜表面・裏面での電場強度が非常に弱くなる。したがって、相対的にスリット内には、その上部・下部とのコントラストの高いナノ局在光が発生するので、これをDNAシーケンシングのための蛍光励起光源として利用する。厚さ5nmのシリコン薄膜内に幅2～5nm、長さ100nmのスリットを設定し、波長287nmの紫外光に対して、局在光の空間分布をFDTD法により計算した。厚さ方法にほぼ、薄膜の厚さと同程度(6nm)の局在光が発生し、上部・下部に対して20:1のコントラストをもつことを確認した。蛍光体の検出にあたっては、この波長域で励起をおこない、可視域の蛍光を測定することを想定しているので、シリコンによる蛍光信号の損失もほとんどない。シミュレーションと並行して、ナノスリットの作製も試みた。まずシリコン基板上にカーボンナノチューブを分散させ、これをテンプレートにフェムト秒レーザによるアブレーションをおこなった。シリコン単体のアブレーションしきい値よりも低いフルエンスにて、レーザパルス照射位置ではナノチューブが飛散し、ナノスケール溝が形成されていることを確認した。続いて厚さ20nmのナノメンブレンに対して同様の実験を試みたが、数nmのナノスリットの形成には至らなかった。計算機シミュレーションで示した5nmという空間分解能は、ポリマー化されたDNAの塩基配列の読み出しには十分な値であり、またナノスリット作製にも展望が得られたことは大きな成果である。

我们专注于硅薄膜中的纳米液，作为针对DNA测序的纳米结构，并尝试进行计算机模拟和实际制造以确认性能。硅具有非常大的折射率和吸收系数，用于紫外线，波长为200-350 nm。结果，表面上的反射率很高，光线未传输到后表面，从而导致膜的正面和后表面的电场强度非常弱。因此，与上部和下部相对较高对比的纳米定位光在狭缝内产生，这用作DNA测序的荧光激发光源。在5 nm厚的硅薄膜中设置了宽度为2-5 nm，长度为100 nm的缝隙，并通过FDTD方法计算出紫外线的局部光的空间分布，其紫外线的空间分布。已经证实，厚度方法产生的局部光（6nm）与薄膜大致相同，并且与顶部和底部的部分形成鲜明对比。当检测磷光液时，在此波长范围内进行激发，并测量可见范围内的荧光，因此几乎没有由于硅而导致的荧光信号损失。与模拟并行，我们还尝试制造纳米液。首先，将碳纳米管分散在硅底物上，并使用该模板使用飞秒激光进行消融。据证实，散布在激光脉冲照射位置的纳米管低于单独的消融阈值，并形成了纳米级凹槽。随后，尝试在厚度为20 nm的纳米膜上尝试进行类似的实验，但没有实现几种NM的纳米液体的形成。计算机模拟中显示的5NM的空间分辨率足以阅读聚合DNA的基础序列，这是一个伟大的成就，我们还可以实现纳米斜率生产的前景。