シリカナノフルイディックチャネルを用いたバイオセンサーの研究

利用二氧化硅纳米流体通道的生物传感器研究

基本信息

批准号：
18760139
负责人：
大宮司啓文
金额：
$ 2.3万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度までにナノフルイディックダイオード、ナノフルイディックトランジスタの基本的な特性について理論的、実験的に確認したが、本年度はこれらを組み合わせたナノフルイディック集積回路を設計し、一度に多くの生体分子の分離、検出ができるバイオセンサーに応用することに取り組んだ。はじめにナノフルイディック集積回路の実現に向けて理論計算を行った。数十ナノメートルの流路幅をもつシリカナノチャネルのT字型分岐部において、イオンや分子の流れが外部電場を制御することにより変調できることを明らかにした。さらにT字型シリカナノチャネルを複数組み合わせた流路を提案し、イオンや分子が分離、分配される条件を明らかにした。また、直径数ナノメートルのシリカナノチャネルを対象とし、外部電場を与えた場合にその内部を流れるイオン流について、非平衡分子シミュレーションにより解析した。代表長さが数十ナノメートルの流路においては、主に静電気力によるイオン流の制御に取り組んだが、数ナノメートルの流路においては、静電気力の他に、双極子モーメント、分子間力等でイオン流を制御することが可能になるため、それらの効果を明らかにすることに主に取り組んだ。特に、シリカナノチャネルの表面の一部を様々な分子で修飾するにより、電流-電圧特性が大きく変化することを明らかにした。これらの研究成果は様々な多孔質ガラス材料をバイオセンサーに応用することができることを示している。

直到去年，我们才从理论上和实验上确认了纳米流体二极管和纳米流体晶体管的基本特性，但今年我们将设计一种结合了这些的纳米流体集成电路，并且能够同时处理许多生物分子，我们致力于应用它。可以进行分离和检测的生物传感器。首先，我们对纳米流体集成电路的实现进行了理论计算。我们已经证明，可以通过控制外部电场来调节通道宽度为几十纳米的二氧化硅纳米通道T形分支处的离子和分子的流动。此外，我们提出了一种结合多个T形二氧化硅纳米通道的流路，并阐明了离子和分子分离和分布的条件。此外，我们还使用非平衡分子模拟分析了施加外部电场时直径为几纳米的二氧化硅纳米通道内的离子流。在典型长度为几十纳米的通道中，我们主要关注利用静电力来控制离子流，但在长度为几纳米的通道中，除了静电力、偶极矩、分子间力等之外，还可以利用静电力来控制离子流。在离子流可能控制离子流方面，我们主要集中于阐明它们的影响。特别是，我们发现用各种分子修饰二氧化硅纳米通道的部分表面会显着改变电流-电压特性。这些研究结果表明各种多孔玻璃材料可以应用于生物传感器。