マイクロヒータ組込み型ゲーティングナノポアデバイスの創製

本研究では、マイクロヒータ付きナノポアデバイスを用いて、ヒータの局所温度制御を利用することでナノポア近傍に温度勾配を形成させて、DNAなどの検体分子・粒子のポア捕捉頻度及びポア通過速度の制御を実証することを目的とした。そこで、まずヒータ付きナノポアデバイスの作製プロセスの構築を行った。窒化膜付きシリコンウエハの片面の窒化膜を反応性イオンエッチングにより部分的に除去した。そしてKOHによるウエットエッチングにより厚さ50ナノメートルのメンブレンを形成させた。次にフォトリソグラフィー法等微細加工技術を用いてマイクロ電極パターンを作製し、続いて電子線リソグラフィー法および高周波スパッタ法により白金マイクロヒータを作製した。最後に、電子線リソグラフィーによってナノポアを描画し、反応性イオンエッチングによる窒化シリコン層の掘削を行うことで、マイクロヒータ付きナノポアを作製することに成功した。作製したデバイスを用いて標準ポリマー微粒子の検出実験を実施した。ポア設計では、細孔の厚さが直径に比して小さく作られた低アスペクト比ポア構造を応用した。この構造では、ポアに印加する電圧によって生じる電場がポアの比較的遠方にまで広がるため、DNAなどの分子・粒子の捕捉効率を向上させることが期待できる一方、粒子通過に伴い生じるイオン電流変化についての理解が不十分であった。そこで、種々の低アスペクト比を持ったポア構造を作製し、これを用いてイオン電流シグナルとポア形状との関係を系統的に調べた。その結果、低アスペクト比ポアにおけるイオン電流変化では、ポア外部のアクセス抵抗の寄与が顕著に現れるため、粒子のポア進入経路に大きく依存した電流波形が観測される、ということを明らかにすることができた。この結果は、今後のマイクロヒータ付きナノポアデバイスによる高効率なDNA検出に大きく寄与する成果である。

本研究では、マイクロヒータ付きナノポアデバイスを用いて、ヒータの局所温度制御を利用することでナノポア近傍に温度勾配を形成させて、DNAなどの検体分子・粒子のポア捕捉頻度及びポア通過速度の制御を実証することを目的とした。そこで、まずヒータ付きナノポアデバイスの作製プロセスの構築を行った。窒化膜付きシリコンウエハの片面の窒化膜を反応性イオンエッチングにより部分的に除去した。そしてKOHによるウエットエッチングにより厚さ50ナノメートルのメンブレンを形成させた。次にフォトリソグラフィー法等微細加工技術を用いてマイクロ電極パターンを作製し、続いて電子線リソグラフィー法および高周波スパッタ法により白金マイクロヒータを作製した。最後に、電子線リソグラフィーによってナノポアを描画し、反応性イオンエッチングによる窒化シリコン層の掘削を行うことで、マイクロヒータ付きナノポアを作製することに成功した。作製したデバイスを用いて標準ポリマー微粒子の検出実験を実施した。ポア設計では、細孔の厚さが直径に比して小さく作られた低アスペクト比ポア構造を応用した。この構造では、ポアに印加する電圧によって生じる電場がポアの比較的遠方にまで広がるため、DNAなどの分子・粒子の捕捉効率を向上させることが期待できる一方、粒子通過に伴い生じるイオン電流変化についての理解が不十分であった。そこで、種々の低アスペクト比を持ったポア構造を作製し、これを用いてイオン電流シグナルとポア形状との関係を系統的に調べた。その結果、低アスペクト比ポアにおけるイオン電流変化では、ポア外部のアクセス抵抗の寄与が顕著に現れるため、粒子のポア進入経路に大きく依存した電流波形が観測される、ということを明らかにすることができた。この結果は、今後のマイクロヒータ付きナノポアデバイスによる高効率なDNA検出に大きく寄与する成果である。