利用報告書 / User's Reports

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【公開日:2025.06.10】【最終更新日:2025.04.29】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24UT0324

利用課題名 / Title

ssDNA配列決定のための、STEMによるMoS2単層膜へのナノポアの開孔

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

内部利用(ARIM事業参画者以外)/Internal Use (by non ARIM members)

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)次世代バイオマテリアル/Next-generation biomaterials

キーワード / Keywords

電子顕微鏡/ Electronic microscope,バイオセンサ/ Biosensor,原子層薄膜/ Atomic layer thin film


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)

森賀 崇行

所属名 / Affiliation

東京大学大学院工学系研究科機械工学専攻

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

Hsu Chien,今中 義貴,Sandeep Gupta

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

押川 浩之, 森田真理

利用形態 / Support Type

(主 / Main)技術補助/Technical Assistance(副 / Sub)-


利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

UT-002:軽元素対応型超高分解能走査透過型電子顕微鏡(Cs-STEM)
UT-004:環境対応型超高分解能走査透過型電子顕微鏡


報告書データ / Report

概要(目的・用途・実施内容)/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

固体材料膜に開孔したナノポアは、次世代バイオセンサーとしての応用が期待されている。なかでも二次元材料である二硫化モリブデン(MoS2)単層膜は、厚さわずか6.3 ÅとssDNAの塩基間隔に近く、さらに表面へのssDNA吸着を抑制する特性を有するため、固体材料ナノポアを用いたDNA配列解析の材料として注目されている。しかし、従来の電子ビーム照射による開孔手法ではサブナノメートルスケールでの大きさや形状の制御が困難で、ナノポア形状の再現性が低いという課題があった。一方、膜貫通電圧を利用した開孔手法は比較的容易ではあるものの、開孔直後にポア形状をその場で確認できず、またナノポア以外の膜部分を損傷するリスクが高い。そこで本研究では、加速電圧80 kV、200kVのSTEM(JEM-ARM200F ColdFE(STEM Duble SDD),JEM-ARM200F ColdFE)を用いてナノポアの大きさと形状をリアルタイムで観察・制御しながら、徐々に孔を拡大した。その結果、DNA配列解析に適した2~3 nm程度の円形ナノポアを安定的に形成することに成功した。本手法の確立により、MoS2単層膜を利用した高精度なナノポアの作製が可能となり、ナノポアを基盤とした次世代バイオセンサーの開発に大きく寄与することが期待される。

実験 / Experimental

1.MoS2単層膜にローンチグラムモードでビームを照射し、原子をスパッタしてナノポアを開孔する。2.低倍率スキャンモードで得られたナノポアの形状を確認する。3.ナノポアが目標形状より小さい場合、高倍率スキャンモードでナノポア端部にビーム照射を行い、ナノポアを拡げる。4.ステップ2と3を繰り返し、ナノポアが目標形状に達するまで加工を行う。

結果と考察 / Results and Discussion

MoS2 単層膜上に対してローンチグラムモードを用い、およそ 1 nm 大のナノポアを作製することに成功した (Fig. 1(a))。さらに、ナノポア端部への段階的なビーム照射により、その径を徐々に拡大し、最終的に DNA 配列解析に適した直径約 2.5 nm のナノポアを形成することができた (Fig. 1(b)–(d))。これらの結果から、本手法を用いることで、MoS2 単層膜上のナノポア形状をサブナノメートル精度で制御できることが示された。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations


Fig. 1. Real-time images of nanopores captured and magnified by STEM. (a)–(d) show transitions in nanopore shapes.


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

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