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

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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。