Integrated solid-state nanopores for single-cell multiomics analysis

サラウンドゲート電極をナノポアに集積したFET型ナノポアを用いて、DNAとタンパク質の1分子泳動制御を実施した。実験では、まず両面が厚さ50 nmの窒化シリコン膜で被覆されたシリコンウエハの片面に、フォトリソグラフィーと金属スパッタにより、引き出し電極を形成した。続いて、ウェットエッチング処理によりシリコン層を除去し、窒化シリコンメンブレンを形成した。その後、電子線リソグラフィにより直径150 nm～100 nmの円を描画した、現像後のレジスト層をマスクとして用いることで、反応性イオンエッチングによりナノポアを開口させた。そして、電子線描画法により今度はゲート電極パターンをナノポア周囲に描画し、白金層をスパッタしたのち、有機溶媒中でリフトオフした。最後に、メンブレン上面から化学蒸着法により厚さ20 nmの二酸化ケイ素層を蒸着した。こうして作製したFET型ナノポアを用いて、様々な長さのDNAや牛血清アルブミン等のタンパク質分子の1分子検出を実施した。ゲート電圧に加える電圧により、ナノポア内に生じる電気浸透流の流速が変化し、これにより当該分子の泳動速度を精密に制御することが可能であることを確認した。さらに、電解質溶液の誘電率によるDNAの1分子イオン電流信号増強法を創成することにも成功した。この新規手法は、ナノポアに注入する生理食塩水にエタノールやグリセロールを混合するだけでの、非常に簡便かつ効果的な手法であり、誘電率だけでなく粘性も変えれば、分子の泳動速度の低減も図ることができるものである。

サラウンドゲート電極をナノポアに集積したFET型ナノポアを用いて、DNAとタンパク質の1分子泳動制御を実施した。実験では、まず両面が厚さ50 nmの窒化シリコン膜で被覆されたシリコンウエハの片面に、フォトリソグラフィーと金属スパッタにより、引き出し電極を形成した。続いて、ウェットエッチング処理によりシリコン層を除去し、窒化シリコンメンブレンを形成した。その後、電子線リソグラフィにより直径150 nm～100 nmの円を描画した、現像後のレジスト層をマスクとして用いることで、反応性イオンエッチングによりナノポアを開口させた。そして、電子線描画法により今度はゲート電極パターンをナノポア周囲に描画し、白金層をスパッタしたのち、有機溶媒中でリフトオフした。最後に、メンブレン上面から化学蒸着法により厚さ20 nmの二酸化ケイ素層を蒸着した。こうして作製したFET型ナノポアを用いて、様々な長さのDNAや牛血清アルブミン等のタンパク質分子の1分子検出を実施した。ゲート電圧に加える電圧により、ナノポア内に生じる電気浸透流の流速が変化し、これにより当該分子の泳動速度を精密に制御することが可能であることを確認した。さらに、電解質溶液の誘電率によるDNAの1分子イオン電流信号増強法を創成することにも成功した。この新規手法は、ナノポアに注入する生理食塩水にエタノールやグリセロールを混合するだけでの、非常に簡便かつ効果的な手法であり、誘電率だけでなく粘性も変えれば、分子の泳動速度の低減も図ることができるものである。