Research Abstract


Single-molecule sensing electrode embedded in-plane nanopore

2011年7月28日 Scientific Reports 1 : 46 doi: 10.1038/srep00046

電極組み込み型ナノ細孔は、ラベルフリー単一分子シーケンシングに有望なデバイス構造体であると考えられている。このデバイスにおける塩基配列決定の原理は、ナノ細孔を流れるDNA上のヌクレオチドを、電極間のトンネル電流により識別することにある。しかし、数ナノメートルサイズの細孔と電極ギャップの原子レベルでの位置合わせが、分子スケールの電極組込み型ナノ細孔の作製に大きな障壁となっていた。今回、我々は、面内のナノ細孔に埋め込まれたヌクレオチドサイズの検出電極を用いた単一分子検出について報告する。我々は、自己整合技術を開発して、15 nmサイズのSiO2細孔内にサブナノメートルスケールの電極ギャップを組み込んだナノ細孔–ナノ電極固体デバイスを作製した。我々は、この電極を組み込んだナノ細孔センサーを用いて、液体中で、ヌクレオチドサイズの金属内包フラーレンの単一分子計数を実証している。さらに、我々は、DNAオリゴマーの核酸塩基の識別も実証した。このことから、電極組み込み型ナノ細孔が、電気的DNAシーケンシングのプラットホームとして利用されると期待される。

筒井 真楠1, Sakon Rahong1, 飯泉 陽子2, 岡崎 俊也3, 谷口 正輝1 & 川合 知二1

  1. 大阪大学 産業科学研究所
  2. 筑波大学大学院 数理物質科学研究科
  3. 独立行政法人 産業技術総合研究所 ナノチューブ応用研究センター
Electrode-embedded nanopore is considered as a promising device structure for label-free single-molecule sequencing, the principle of which is based on nucleotide identification via transverse electron tunneling current flowing through a DNA translocating through the pore. Yet, fabrication of a molecular-scale electrode-nanopore detector has been a formidable task that requires atomic-level alignment of a few nanometer sized pore and an electrode gap. Here, we report single-molecule detection using a nucleotide-sized sensing electrode embedded in-plane nanopore. We developed a self-alignment technique to form a nanopore-nanoelectrode solid-state device consisting of a sub-nanometer scale electrode gap in a 15 nm-sized SiO2 pore. We demonstrate single-molecule counting of nucleotide-sized metal-encapsulated fullerenes in a liquid using the electrode-integrated nanopore sensor. We also performed electrical identification of nucleobases in a DNA oligomer, thereby suggesting the potential use of this synthetic electrode-in-nanopore as a platform for electrical DNA sequencing.