レーザーエッチング効果を活用したナノポア加工技術の開発とこれを用いた分子検出

摘要

ナノポア計測とは、ラベルフリー一分子計測技術のことである。本発表では、レーザーエッチング効果を用いた窒化シリコン(SiN)ナノポア加工技術開発の成果を紹介する。Figure 1 に本測定技術の概要を示す。本研究では、膜厚50 nmのSiNを電解質溶媒に満たされたcis-とtrans-チャンバー間に設置し、この薄膜に対して電圧印可、また薄膜上にレーザーを集光できる実験系を使用した。溶媒条件やレーザー強度に対するエッチング効果を調べることで、溶媒中に含まれる塩化物イオンとシリコン原子が光化学反応を有効的に起こし、薄膜がエッチングされることが分かった。そして、レーザーエッチングと同時に電圧印加を同時に行うと、レーザーエッチング効果によりSiN薄膜は徐々に削られ、極めて薄い厚み（<10 nm）に到達するとイオンが薄膜を突き抜け、ナノポアができることが分かった。この過程は、イオン電流計測によりモニタリングでき、電流値が閾値0.5 nAに達したときに、レーザー照射と電圧印加を共に止めると、in-situで膜厚・孔径1 nmのナノポアが容易に作製できることが分かった。この半導体ナノポアを用いて、一本鎖DNAから塩基配列情報（アデニンとシトシン）を検出することに成功した(Figure 2)。更に、 レーザーエッチング効果を用いると孔径100-300 nmのナノポアも短時間で加工することができ、これを用いることで、直径100 nmの微粒子（リポソーム）の検出にも成功した。