【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.23】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24UT0272
利用課題名 / Title
一分子検出のためのナノ流路加工技術開発
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed
キーワード / Keywords
センサ/ Sensor,電子顕微鏡/ Electronic microscope,ナノシート/ Nanosheet
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
山崎 洋人
所属名 / Affiliation
長岡技術科学大学産学融合トップランナー養成センター
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
近年、ナノバイオテクノロジーの発展により、個人の遺伝情報に基づくテーラーメイド治療の実現が期待されている。その中で注目されるのがナノポア計測である。ナノポアは、薄膜上に作製されたナノサイズの孔（ナノ流路）であり、これを電解質溶媒に満たされた流路セル間に設置する。電圧を印加すると、ナノポア内を通過するイオンの電流波形が測定され、生体分子がナノポアを通過すると電流値が変化する。この変化を解析することで、生体分子の特定が可能となる。 この技術を応用した代表的なデバイスがOxford Nanopore Technologies社のナノポアシーケンサである。ナノポア計測デバイスは、生体分子の微細な構造差を識別できるポータブル機器として、生物学のみならず幅広い分野での応用が期待されている。本研究では、ナノポア計測を実施するためのナノ流路を透過型電子顕微鏡の電子ビームを活用して、窒化シリコンナノ薄膜にナノポアを加工する。
実験 / Experimental
本ナノポア加工において、Nocarda社の窒化シリコンナノ薄膜（NanoPore-Ready SiNx, 3mm dia. (JEM-2010F) Silicon Frames(Low noise)）を使用した。この窒化シリコンナノ薄膜を透過型電子顕微鏡のホルダーにセットして、これを鏡筒内に入れ、電子ビームを集束にした。加工前に、電子ビームのアライメントとステージz軸を調整して、電子ビームを集束面に合わせた。その後、最高倍率で、電子ビームを集束し、窒化シリコンナノ薄膜にナノポアを加工した(Figure 1)。ナノポアの形成は蛍光板の像から目視で確認した。ポア形成が確認できたときに、集束した電子ビームを拡げて、ポア直径が広がるのを抑えた。加工したポア形状を蛍光板上の像で観察し、大きさを推定した。
結果と考察 / Results and Discussion
本研究では、蛍光板上の像を基に、概ね数nmから10nmのナノポアの作製に成功した。DNAやtRNAなどの核酸分子を高感度に検出するためには、2～3nmのポアが望ましいが、本年度の試行においては、全10枚の試料のうち2枚でのみ加工が確認された。 2～3nmのポアの作製が困難であった主な要因として、(1) ビームアライメントの精度、(2) 電子ビーム集束時における膜のドリフト、(3) 蛍光板上の像を用いたポア形成の目視確認の遅れが挙げられる。これらの結果から、高精度な加工にはさらなる技術の向上が必要であることが明らかとなった。 今後、数nmのポアを安定的に作製するためには、透過型電子顕微鏡（TEM）を定期的に用いたナノポア加工を実施し、装置固有の特性を含めた加工の最適条件を明確にすることが重要である。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Figure 1 Nanopore fabrication using focused transmission electron microscopy (TEM) beam
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件