Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

1分子計測 / 表面科学 / ナノバイオテクノロジー / 生体分子 / ナノバイオサイエンス / プローブ顕微鏡 / バイオマテリアル / 高速計測

当該年度においては、原子間力顕微鏡(atomic force microscopy: AFM)と高速オシロスコープの複合装置を構築し、ストレプトアビジン-ビオチン間に働く、相互作用を高時間分解能で、解析した。2019年にRSC Advancesに発表した観察結果をさらに上回る時間分解能での解析に成功し、さらにはその相互作用力を2次元でマッピングすることで、バイオセンサー上の受容体(抗体)分子のターゲット分子への結合能を定量的に評価する手法を確立し、論文発表(Nanoscale)を行った。
また当該年度に構築した手法は、他のリガンド-受容体、抗原抗体反応の解析にも利用出来ることを報告し、当初の研究目的を達成した。

ナノ流体 / 光電気工学 / ナノ・マイクロ工学 / 微粒子操作 / マイクロ・ナノデバイス / システムオンチップ / １分子計測 / 流体工学 / 表面科学

本研究は、ナノ流体デバイス技術に、柔軟に可変な光パターニング技術を融合させ、ナノ空間内の光電気効果による空間選択的静電場を生成し、水中の生体一分子の非接触操作技術を開発しようとしている。電気二重層の厚みより小さな数百nm以下の流路高さと粒子が自由に動き回れる50～200umの流路幅を持つナノ流体デバイス作製法を開発した。さらに、自在な光パターンを対象に照射できる光電気工学系を実現し、実際に微粒子が光電気的に操作できることを検証した。

流体力学 / 電場駆動流 / 電気二重層 / ナノ流体力学 / 物質移動 / 表面科学 / 一分子計測 / エネルギー変換 / 電気化学

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。

【研究分担者】
石田忠	東京工業大学	工学院	准教授	(Kakenデータベース)