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。

The purpose of this study is to clarify the causes of iPS cell differentiation, to regulate iPS cell differentiation, and to develop a new approach to iPS cell differentiation. Heisei 30 years ago, the following four projects were carried out. (1)The electron line drawing method is used for fine line and Si layer writing. The electron line drawing device is formed on a Silicon on insulator (SOI) substrate with a minimum width of 18.7 nm and a high resolution energy HSQ NW column. HSQ NW column was confirmed to have a minimum width of 16.2 nm. (2)SiNW array electrode formation in the establishment of a new technology: the first layer of silicon film, SiNW array Ti electrode and insulation protective film formation, SiNW array circumferential diameter of 2 mm after the installation of a reverse layer, insulation coating SiNW array. (3)Detection sensitivity evaluation for low concentration biological molecule assay: detection of ultra-low concentration IgG at 6 aM after formation of self-organized molecular film on SiNW surface, protein detection and immune response The increase in IgG concentration at 600 nM was accompanied by a decrease in the current flow rate of SiNW. (4)The current flowing through the fertilized egg was measured and the current increase of about 5 nA was confirmed during the period from 1 cell stage to 2 cell stage. The development of fertilized eggs is accompanied by the release of water from the egg membrane. The possibility of the release of water from the fertilized eggs is confirmed. The evaluation of iPS cells 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

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

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