Research Abstract


Three-dimensional Nanowire Structures for Ultra-Fast Separation of DNA, Protein and RNA Molecules

2015年6月15日 Scientific Reports 5 : 10584 doi: 10.1038/srep10584

生体分子の分離と解析は、生物工学や医用生体工学の発展にとって極めて重要な過程である。しかし、依然として分離分解能と生体分子解析のスピードを向上させる必要がある。短時間で生体分子の分離・解析を行うために、これまでにトップダウン法やボトムアップ法で作製した高秩序ナノ構造体の利用が提案されてきた。今回我々は、マイクロチャネル内にボトムアップ法で三次元(3D)ナノワイヤー構造体を形成し、この構造体を分離材として用いてDNA、タンパク質、RNAなどの生体小分子を非常に高速で分離したことを報告する。作製した3Dナノワイヤー構造体を利用して、DNA分子の混合物(50~1000 bp)を50秒以内に、タンパク質分子の混合物(20~340 kDa)を5秒以内に、RNA分子の混合物(塩基数100~1000)を25秒以内に解析できた。また我々は、3Dナノワイヤー構造体中における生体分子の電気泳動移動度の違いが分子サイズと相関があることを見出した。今回の方法は、ナノワイヤーの成長サイクル数を変えることによって、材料中の空隙の大きさを調節することが可能である。したがって今回の3Dナノワイヤー構造体は、他の分離材の代替として使用されることが期待される。

Sakon Rahong, Takao Yasui, Takeshi Yanagida, Kazuki Nagashima, Masaki Kanai, Gang Meng, Yong He, Fuwei Zhuge, Noritada Kaji, Tomoji Kawai & Yoshinobu Baba

Corresponding Authors

安井 隆雄
名古屋大学大学院 工学研究科 化学生物工学専攻
名古屋大学 先端ナノバイオデバイス研究センター

馬場 嘉信
名古屋大学大学院 工学研究科化 学生物工学専攻
名古屋大学 先端ナノバイオデバイス研究センター
産業技術総合研究所 健康工学研究部門

Sakon Rahong
名古屋大学大学院 工学研究科 化学生物工学専攻
名古屋大学 先端ナノバイオデバイス研究センター

Separation and analysis of biomolecules represent crucial processes for biological and biomedical engineering development; however, separation resolution and speed for biomolecules analysis still require improvements. To achieve separation and analysis of biomolecules in a short time, the use of highly-ordered nanostructures fabricated by top-down or bottom-up approaches have been proposed. Here, we reported on the use of three-dimensional (3D) nanowire structures embedded in microchannels fabricated by a bottom-up approach for ultrafast separation of small biomolecules, such as DNA, protein, and RNA molecules. The 3D nanowire structures could analyze a mixture of DNA molecules (50–1000 bp) within 50 s, a mixture of protein molecules (20–340 kDa) within 5 s, and a mixture of RNA molecules (100–1000 bases) within 25 s. And, we could observe the electrophoretic mobility difference of biomolecules as a function of molecular size in the 3D nanowire structures. Since the present methodology allows users to control the pore size of sieving materials by varying the number of cycles for nanowire growth, the 3D nanowire structures have a good potential for use as alternatives for other sieving materials.