Fabrication of high-sensitivity nanowire biosensor array for canceration diagnosis of iPS cells

用于 iPS 细胞癌变诊断的高灵敏度纳米线生物传感器阵列的制造

• 批准号: 17F17058
• 负责人: 曾根 逸人
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Gunma University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17F17058/
• 关键词: ナノワイヤ型バイオセンサ; 検査・診断システム; 医用システム; 電子デバイス・機器; 細胞表面マッピング

本研究では、iPS（人工多能性幹）細胞のガン化の原因を解明するため、iPS細胞の分化挙動を調べるための高感度バイオセンサの研究開発を目的とする。平成30年度は、以下の4項目について研究し、成果を挙げた。(1) 電子線描画法によるレジストナノワイヤ（NW）細線化及びSi層への転写によるSiNW形成：電子線描画装置を用いて最小線幅18.7 nmの高分解能レジストHSQのNW列をSilicon on insulator （SOI）基板上に形成した。そして、HSQ NW列をマスクとして反応性イオンエッチング（RIE）によってSiへパターン転写した結果、最小線幅16.2 nmのSiNW列の形成を確認した。(2) SiNW列への電極形成によるバイオセンサ作製技術の確立：フォトリソグラフィの重ねプロセスにより、SiNW列にTi電極と絶縁保護膜を形成し、SiNW列の周囲に内径2 mmの反応セルを設置後に絶縁被覆してSiNWバイオセンサを作製した。(3) 低濃度生体分子測定による検出感度評価：ホスホン酸処理によりSiNW表面に自己組織化単分子膜を形成した後に、卵白アルブミン及び免疫グロブリンG（IgG）を反応させた結果、濃度6 aMの超低濃度IgGの検出が確認できた。なお、コントロールIgGには反応しないこと、IgG濃度600 nMまでの増加に伴ってSiNWを流れる電流の連続的な減少も確認した。(4) SiNWバイオセンサによる受精卵の活動状態モニタリング：SiNWバイオセンサの反応セル内にウニ受精卵を入れてSiNWに流れる電流を測定した結果、1細胞期から2細胞期までの約75分間に約5 nAの電流増加を確認した。これは、受精卵の成長に伴って卵膜から放出される水素イオンを検出したことを示唆しており、生きた細胞の活動モニタリングの可能性が確認できたことから、iPS細胞の評価への応用が期待できる。

In this study, the causes of iPS (artificial pluripotency) cell differentiation and iPS cell differentiation were explained. The purpose of this study was to investigate the high sensitivity of cell differentiation. In the year of Pingcheng 30, the following four projects have been completed, and the results have been reviewed. (1) the method of electronic imaging (NW) is sensitive to the formation of SiNW: the minimum amplitude of the device is 18.7 nm, and the high decomposition energy of the HSQ column Silicon on insulator (SOI) substrate forms the device. The result is confirmed by the fact that the minimum size is 16.2 nm. The column size of the HSQ NW column is 16. 2 nm, and the minimum size is 16. 2 nm. The SiNW column is confirmed. (2) the power supply of the SiNW system makes sure that the operation technology is correct: the device of the Ti device of the SiNW device is used to form the film, and that of the SiNW column is 2 mm. After the setting of the device, the SiNW device is overwritten. (3) determination of the sensitivity of low-temperature living body molecules: the formation of molecular membrane on the surface of SiNW, the formation of molecular membrane, the results of immune response test G (IgG), and the results of 6-aM ultra-low temperature IgG. Please check the temperature of the IgG, the IgG of 600 nM, and the confirmation of the connection between the SiNW and the current. (4) the activity of the fertilized eggs during the SiNW cycle. The results showed that the zygotes were injected into the SiNW after the fertilized eggs were injected into the zygotes. The results showed that there was about 5 nA in the 75 minutes of the cell cycle and the second cell cycle. The growth of the fertilized egg is accompanied by the release of water from the egg membrane of the fertilised egg. The water content of the egg membrane is released to show that it is necessary to instigate the pregnancy, the possibility of the activity of the pregnant egg is confirmed, and the iPS cell cycle is expected.

项目成果

電子線描画法による高感度シリコンナノワイヤバイオセンサの作製およびアトモル濃度の抗原抗体特異結合の検出

使用电子束光刻技术制造高灵敏度硅纳米线生物传感器并检测阿摩尔浓度的抗原抗体特异性结合

• 发表时间: 2019
• 作者: 鈴木 啓;大嶋 紀安;小西 昭充;立井 一明;佐藤 精一;和泉 孝志;張慧，大嶋紀安，大嶋駆，菊池直樹，加治佐平，坂田利弥，和泉孝志，曾根逸人
• 通讯作者: 張慧，大嶋紀安，大嶋駆，菊池直樹，加治佐平，坂田利弥，和泉孝志，曾根逸人

電子線リソグラフィを用いたSiナノワイヤバイオセンサの作製と低濃度抗体検出

利用电子束光刻技术制造硅纳米线生物传感器并检测低浓度抗体

• 发表时间: 2017
• 期刊: 電気学会 バイオ・マイクロシステム研究会資料
• 作者: 田代朋也;大嶋駆;櫻井裕也;張慧;鈴木孝明;大嶋紀安;和泉孝志;曾根逸人
• 通讯作者: 曾根逸人

Fabrication of N-type Silicon Nanowire Biosensor for Sub-10-Femtomolar Concentration of Immunoglobulin

亚 10 飞摩尔浓度免疫球蛋白 N 型硅纳米线生物传感器的制备

• 发表时间: 2018
• 期刊: Key Engineering Materials
• 作者: T. Tashiro;H. Zhang;K. Oshima;Y. Sakurai;T. Suzuki;N. Ohshima;T. Izumi and H. Sone
• 通讯作者: T. Izumi and H. Sone

ナノ加工技術で高感度バイオセンサを創製

使用纳米处理技术创建高灵敏度生物传感器

Fabrication of Silicon Nanowire Biosensor Using Electron Beam Lithography and Low-Concentration Antibody Detection

利用电子束光刻技术制造硅纳米线生物传感器和低浓度抗体检测

• 发表时间: 2017
• 作者: Hayato Sone;Tomoya Tashiro;Kakeru Oshima;Yuya Sakurai;Hui Zhang;Takaaki Suzuki;Noriyasu Ohshima and Takashi Izumi
• 通讯作者: Noriyasu Ohshima and Takashi Izumi