【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