題目：メニスカスを利用したDNAナノワイヤ整列装置

分野：バイオNEMS

種別：平成25年度修士論文

概要：DNAナノワイヤ作製のため，メニスカス力を利用して

引張り整列する機構を考案し，性能を確認しまし

た

東京工業大学 科学技術創成研究院 未来産業技術研究所 初澤研究室

syringe

【概略図】 【拡大図】

thioled DNA

Au electrode

meniscus

DNA strechedelectrophoresisAu-thiol bond

DC power supply

S

S

S

S

Auelectrode

Tielectrode

Syringe pump

Syringe

DNA alignment part

tube

集積回路の微細化集積回路の微細化

従来のリソグラフィー技術による電子配線の描画線幅が理論限界に近づく

従来のリソグラフィー技術による電子配線の描画線幅が理論限界に近づく

2

現在20 nm

回路描画線幅

1. 研究背景・目的

ムーアの法則

電子配線の作製方法電子配線の作製方法

3

トップダウン型トップダウン型• 装置の高価格化• 描画線幅の限界

• 簡易な装置• ナノスケール微細加工

ボトムアップ型ボトムアップ型

ボトムアップ型の加工による低価格で高精度な電子配線作製の可能性

ボトムアップ型の加工による低価格で高精度な電子配線作製の可能性

1. 研究背景・目的

4

微細電子配線の材料微細電子配線の材料

DNAは微細電子配線作製の材料に適しているDNAは微細電子配線作製の材料に適している

• 長い紐状構造

• 塩基の相補性

• 化学的修飾が可能

DNA (deoxyribonucleic acid)

1. 研究背景・目的

DNAナノワイヤの先行研究DNAナノワイヤの先行研究

高い導電性・均一形状・位置決めを可能とするDNAナノワイヤが実現できていない

高い導電性・均一形状・位置決めを可能とするDNAナノワイヤが実現できていない

5

金属金属 導電性ポリマー導電性ポリマー

導電性 均一形状 位置決め

金属 ○ △ ✕

導電性ポリマー △ ○ ✕

[1]Braun E. et al., Nature, 391, 775(1998) [2]Hannant, et al., Chem.Commun., 46,5870(2010)

1. 研究背景・目的メニスカスを利用したDNA整列原理メニスカスを利用したDNA整列原理

DNA diameter d

frictional force F

surface tension γ

θ

F ≧ γπd cosθ

DNAmeniscus dragging

velocity v

v ∝ γ [3]

substrate

基板-DNA間の摩擦力と表面張力でDNA伸張メニスカス移動速度とDNA伸張に比例関係

基板-DNA間の摩擦力と表面張力でDNA伸張メニスカス移動速度とDNA伸張に比例関係

DNA solution

【概略図】 【拡大図】

8

2. DNA整列

[3]Cecilia A. et al., Nano Lett., 3, 8(2003)

jig DNA solutionsyringe

γ-APTESとDNAの静電気的結合と液面引き下げの表面張力でDNAを伸張・整列

γ-APTESとDNAの静電気的結合と液面引き下げの表面張力でDNAを伸張・整列

【概略図】

9

DNA整列実験手法DNA整列実験手法

absorbingDNA solution

【拡大図】

DNA

Si substrate γ-APTES modified

amino group

meniscus

DNAstreched

electrostatic attraction

2. DNA整列 DNA整列実験器具DNA整列実験器具

10

Syringe pump

Syringe

DNA alignment part

tube

λ-DNA(48502 bp/16 μm)in TE buffer 1.0 μg/ml

簡易な装置でDNA整列の有効性を検証簡易な装置でDNA整列の有効性を検証

【全体図】 【治具・基板・DNA】

30 mm

22 m

m

Si substrate 8mm ✕ 15 mmγ-APTES modified

2. DNA整列

電極間へのDNA架橋電極間へのDNA架橋

Au electrode

thioled λ-DNA

Ag plating

Au微細電極作製Au微細電極作製DNA末端S化

電極間DNA架橋DNA末端S化

電極間DNA架橋DNA導電化物性評価

DNA導電化物性評価

Au-thiolbond

DNA物性評価のための金電極作製金-チオール結合による電極上へのDNA固定

DNA物性評価のための金電極作製金-チオール結合による電極上へのDNA固定

13

S S

3. 電極間DNA架橋

電気泳動によりDNAを基板付近に集結金-チオール結合によりDNAを電極上に固定

電気泳動によりDNAを基板付近に集結金-チオール結合によりDNAを電極上に固定

17

電極間DNA架橋実験手法電極間DNA架橋実験手法3. 電極間DNA架橋

syringe

【概略図】 【拡大図】

thioled DNA

Au electrode

meniscus

DNA strechedelectrophoresisAu-thiol bond

DC power supply

S

S

S

S

Auelectrode

Tielectrode

電極間DNA架橋実験結果電極間DNA架橋実験結果

19

3. 電極間DNA架橋

DNA固定精度向上のため架橋条件の検討が必要DNA固定精度向上のため架橋条件の検討が必要

Au electrode

Au electrode

【電気泳動＋末端S化λ-DNA】 【電気泳動】【末端S化λ-DNA 】

Au electrode

Au electrode

Au electrode

Au electrode

• 末端S化のみでは固定DNA少ない• 電気泳動のみではDNA固定が困難

• 電極上にDNAが密集• 電極間DNA架橋が困難

DNA

まとめと今後の予定まとめと今後の予定

まとめまとめ

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今後の予定今後の予定

• メニスカスを利用したDNA整列手法の提案• 簡易装置による実験で提案手法の有効性を実証• 金-チオール結合と電気泳動を組み合わせた電極上へのDNA架橋手法の提案・実験

• 提案手法による電極上へのDNA架橋条件の検討• AFM陽極酸化で作製したナノドットと組み合わせた

DNA精密位置決め• DNA導電化処理および物性評価

4. まとめ