ナノ空間を利用した新規1分子DNA解析法の開発

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本研究課題は、従来、マイクロチャネル中に充填した高分子分離媒体により達成されてきたDNA分離を、ナノメートルサイズの柱・ナノピラーを使用することにより、さらなるDNA解析の高速化と省サンプル化を計り、ひいてはDNA1分子レベルでの解析に応用することにより、DNA解析の新しい基盤技術を確立することを目的として研究を進めてきた。当初は、ナノピラーの形成するナノ空間と分離可能なDNAサイズとの相関から、ナノピラーによるDNA分離メカニズムが解明できることが期待されたが、ナノピラーチップ中に生じる電気浸透流や、ナノピラーの存在により大きく乱された電場の影響を詳細に検討しなければ、高い分離度を達成できないことが明らかとなった。光の波長と同程度のサイズであるナノ空間内で生じているこのような現象を光学的に観察することは非常に難しいため、流体力学シミュレーションと平行して実験を行ったところ、実際の実験結果を支持する結果、すなわちナノピラーチップ内で生じる電気浸透流により泳動中のDNAバンドが大きく乱され、分離度の低下を引き起こすことが明らかとなった。また、ナノ空間(サブミクロン空間)では、水の物性が変わるという報告もあるので、ナノピラーチップ中における水の粘性を調べる目的で、一分子追跡法によりナノ粒子の拡散係数を求めて水の粘性を推測したところ、バルク中よりも水の粘性が上昇していることを示唆する結果が得られた。これらナノ空間内で生じる現象の詳細な検討により、ナノピラーチップのパフォーマンス向上を達成することに成功した。これらの研究から、実際の実験と平行して、ナノ空間の物性を考慮したより正確なナノ空間内における流体力学シミュレーション法を開発することが、ナノピラーチップをはじめとしたナノデバイスをさらに発展させるための大きな課題であると考える。