シリカナノフルイディックチャネルを用いたバイオセンサーの研究

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昨年度までにナノフルイディックダイオード、ナノフルイディックトランジスタの基本的な特性について理論的、実験的に確認したが、本年度はこれらを組み合わせたナノフルイディック集積回路を設計し、一度に多くの生体分子の分離、検出ができるバイオセンサーに応用することに取り組んだ。はじめにナノフルイディック集積回路の実現に向けて理論計算を行った。数十ナノメートルの流路幅をもつシリカナノチャネルのT字型分岐部において、イオンや分子の流れが外部電場を制御することにより変調できることを明らかにした。さらにT字型シリカナノチャネルを複数組み合わせた流路を提案し、イオンや分子が分離、分配される条件を明らかにした。また、直径数ナノメートルのシリカナノチャネルを対象とし、外部電場を与えた場合にその内部を流れるイオン流について、非平衡分子シミュレーションにより解析した。代表長さが数十ナノメートルの流路においては、主に静電気力によるイオン流の制御に取り組んだが、数ナノメートルの流路においては、静電気力の他に、双極子モーメント、分子間力等でイオン流を制御することが可能になるため、それらの効果を明らかにすることに主に取り組んだ。特に、シリカナノチャネルの表面の一部を様々な分子で修飾するにより、電流-電圧特性が大きく変化することを明らかにした。これらの研究成果は様々な多孔質ガラス材料をバイオセンサーに応用することができることを示している。