Siナノワイヤの細線化とアスペクト比調整によるウイルス感染超早期診断の実現

通过细化硅纳米线和调整长径比实现病毒感染的超早期诊断

• 批准号: 21K18071
• 负责人: 張 慧
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Gunma University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18071/
• 关键词: シリコンナノワイヤバイオセンサ; ナノワイヤ構造の最適化; 高感度化; 電子線描画; 抗原抗体検出; 表面処理; シリコンナノワイヤ; バイオセンサ; アスペクト比; 超高感度検出; 医用システム; 細線化; 断面アスペクト比; ウイルス検出

本研究では、感染初期段階で微量なウイルスを高感度かつ迅速に検出するために、Siナノワイヤ（NW）の構造を最適化することで高感度化の可能性を探求し、またSiNWの表面修飾法の確立およびマイクロ流体チップの構築によって超高感度バイオセンサシステムの創製を目指す。令和４年度では、コロナ感染拡大防止に関しては行動制限がある程度解除されたため、東京大学の共同利用設備を利用し研究を推進して、以下の成果を得た。(1) SiNW構造の最適化による検出感度依存性の調査：SiNW幅を低減することによって、検出感度を向上できることが示唆されているが、SiNW幅の細線化による検出感度向上の限界は解明されていなかった。そこで、本研究では電子線描画条件と反応性イオンエッチングの条件を最適化した結果、従来の幅16 nmより細線化させた幅約10.8 nmのSiNWが形成できた。また、卵白アルブミンと抗卵白アルブミングロブリンG（IgG）の特異的結合の測定から、濃度6 aM（10^-18 mol/L）の超低濃度IgGの検出に成功した。さらに、異なる幅のSiNWバイオセンサを用いたIgG生体分子検出結果に基づいて、SiNWの初期空乏層厚さおよびIgG分子の付着によるNW内部の空乏層変化を解析した。この解析結果から高感度に検出できるSiNWの限界幅は8 nmであることを予測できた。(2) 異なる表面処理を施したSi表面における化学結合状態の分析：特異的な生体分子を検出するため、Si表面処理技術の確立は重要である。作製したSiNWバイオセンサを以下の順番で表面処理を行った。1)希塩酸処理、2)オゾン処理、3)ホスホン酸処理、4)抗原修飾、5)抗体IgG付着。その後、X線光電子分光分析装置を使用して各処理を施したSi表面の化学結合の状態変化を調査した。その結果、表面処理で期待したSi表面の化学結合状態が確認できた。

In this study, in the early stage of infection, microinjection, high sensitivity, high sensitivity In 2004, Ling and Beijing University jointly made use of the equipment to promote the promotion of the disease, and the following results were obtained. (1) SiNW makes the most sensitive response, the sensitivity is dependent, the SiNW amplitude is low, the sensitivity is high, the sensitivity is up, the SiNW format is sensitive, and the sensitivity is up. In this study, the imaging conditions of the computer were compared. The results of the optimization of the experimental conditions were compared with those of the previous 16 nm images. The amplitude was about 10.8 nm SiNW. The combination of anti-egg white, G (IgG), 6 aM (10 ^-18 mol/L) and ultra-low temperature IgG showed "success". The results were obtained by using SiNW biomolecules and IgG biomolecules. The results showed that the initial empty IgG molecules in SiNW were empty, and the NW internal empty molecules were analyzed. The results of the analysis show that the SiNW limit of 8 nm is affected by the high sensitivity. (2) Si surface chemistry combined with chemical analysis: special biological molecules are used to determine the molecular weight, and Si surface physics technology is used to identify the important factors. Make sure that you SiNW the following surface to make sure that the line is fine. 1) acid therapy, 2) antiacid therapy, 3) antiacid therapy, 4) antigen repair, 5) antibody IgG payment. After that, the X-ray photoelectron spectrometer is used to analyze the surface chemistry of Si. The results and surface conditions of the Si are expected to be confirmed by the chemical combination of the surface.

项目成果

電子線描画法を用いた超高感度 Siナノワイヤバイオセンサの作製と特性評価

使用电子束光刻技术制造和表征超灵敏硅纳米线生物传感器

• 发表时间: 2021
• 作者: 邱亜威;新井出海;板橋芽比子;大澤郁弥;大嶋紀安;和泉孝志;張慧;曾根逸人
• 通讯作者: 曾根逸人

高感度Siナノワイヤバイオセンサ作製のための最適なドーピング濃度の探求

寻找制造高灵敏度硅纳米线生物传感器的最佳掺杂浓度

• 发表时间: 2021
• 作者: 新井 出海;邱 亜威;板橋 芽比子;大澤 郁弥;大嶋 紀安;和泉 孝志;張 慧;曾根 逸人
• 通讯作者: 曾根 逸人

電子線描画法によるp型およびn型SiNWの作製とFET特性評価

通过电子束光刻技术制造 p 型和 n 型 SiNW 并评估 FET 特性

• 发表时间: 2022
• 作者: Fast fabrication of tendon-like collagen tissue via mechanically enhanced fiber alignment and cross-linking;板橋芽比子，邱亜威，大澤郁弥，大嶋紀安，和泉孝志，張慧，曾根逸人
• 通讯作者: 板橋芽比子，邱亜威，大澤郁弥，大嶋紀安，和泉孝志，張慧，曾根逸人

Investigation of Thinning Effect on Sensitivity of Silicon Nanowire Biosensor for Ultra-Sensitive and Specific Biomolecule Detection

用于超灵敏和特异性生物分子检测的硅纳米线生物传感器的灵敏度减薄效应研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Hui Zhang;Yawei Qiu;Fumiya Osawa;Meiko Itabashi;Noriyasu Ohshima;Taira Kajisa;Toshiya Sakata;Takashi Izumi and Hayato Sone
• 通讯作者: Takashi Izumi and Hayato Sone

Siナノワイヤバイオセンサの細線化による生体分子の高感度・特異的検出の実現

细化硅纳米线生物传感器实现生物分子高灵敏、特异检测

• 发表时间: 2022
• 作者: 張慧;邱亜威;板橋芽比子，大澤郁弥，大嶋紀安，坂田利弥，和泉孝志，加治佐平，曾根逸人
• 通讯作者: 板橋芽比子，大澤郁弥，大嶋紀安，坂田利弥，和泉孝志，加治佐平，曾根逸人