마그네슘 니포 라이드 에볼루션 바카라도체로 바이오 폴리머 감지

바카라 커뮤니티 [Nakabachi Ryoji 회장] (이하 "AIST")NanoElectronics Research Division[리서치 부서장 야스다 테츠 지 (Yasuda Tetsuji)] 최고 연구원 Zen Nobuyuki, 에볼루션 바카라도 분광 전자 그룹 및 Ukibe Masahiro, 리서치 그룹 이사전자 ​​및 광학 기술 연구 부서[연구 부서 디렉터 Mori Masahiko] Superconducting Electronics Group의 수석 수석 연구원 인 Mawata Yasunori, Shibata Hiroyuki와 협력하여 기본 과학 연구소 (현재 Kitami Institute of Technology)의 수석 연구원 (Superconduction Electronics)의 최고 연구원 (Superconduction Electronics)의 최고 연구원과 협력하여 Superconducton Electronics Group의 수석 연구원 Mawata Yasunori 에볼루션 바카라도기MGB₂(디보리 마그네슘)에볼루션 바카라도 분자 검출기

에볼루션 바카라도 분자 검출기는 상업적으로 이용 가능질량 분광계또한 100%감도로 감지 될 수 있습니다 그러나 대형 냉장 냉장고를 사용하여 절대 제로 (0K (kelvin)) 근처로 식해야하기 때문에 일반적인 질량 분석기에 설치하기가 어려웠습니다

이번에 개발 된 에볼루션 바카라도 분자 검출기는 10k 이상의 온도에서 생체 분자를 감지 할 수 있으므로 작은 폴리 탱크 크기 크기의 냉장고 (20 리터)로 작동 할 수 있으며 냉각에 필요한 에너지의 양은 3kWh (기존 냉장고의 25 번째)보다 작습니다^*)누구나 사용할 수있는 일반적인 질량 분석기에 쉽게 설치할 수 있으며 산업 응용 분야에서 널리 사용될 것으로 예상됩니다

또한이 결과는 2015 년 6 월 1 일 (Eastern US Time)에 발표되었습니다응용 물리학 편지

*) 몇 시간 동안 냉각 용량이 4kW 인 에어컨을 사용할 때 전력 소비

에볼루션 바카라도 분자 검출기의 성능 및 MGB2에볼루션 바카라도 분자 탐지기를 식힐 수있는 작은 에너지 절약 냉장고

의료 및 약물 발견 분야에 사용되는 질량 분광기의 일반적인 분자 검출기에서 분자가 충돌 할 때 전자는 검출기 표면으로부터 반발하고 전기 신호로 출력됩니다 그러나, 단백질과 같은 중공 분자가 충돌하더라도 전자는 반발되지 않으며 더 이상 감지되지 않습니다 대조적으로, 에볼루션 바카라도체를 사용한 에볼루션 바카라도 분자 검출기에서, 분자 충돌은 검출기 표면의 작은 영역에서 에볼루션 바카라도 상태를 깨뜨린다;정상 전도그것이 상태로 들어간다는 사실을 이용하기 때문에 (유한 저항성이 생성됨), 중장비 분자를 감지 할 수 있으며, 실온에서 작동하는 종래의 분자 탐지기로 얻을 수없는 검출 성능을 가지고 있습니다

그러나, 지금까지 분자 검출기에 사용 된 에볼루션 바카라도체는 에볼루션 바카라도 전이 온도가 낮은 니오피움 또는 니오피움 화합물이며, 에볼루션 바카라도 분자 검출기를 냉각시키기위한 도입 비용 및 장치의 점유 공간에 문제가있다 에볼루션 바카라도 분자 검출기의 작동 온도가 증가 할 때, 에너지 절약, 작은 크기의 냉장고로 그것을 식히고 전형적인 분석 기기에 연결하여 전형적인 분석 기기에 쉽게 연결할 수 있도록하기 때문에 높은 에볼루션 바카라도 전이 온도를 갖는 에볼루션 바카라도체를 사용하는 분자 감지기가 필요했습니다

AIST는 생명 혁신을 주요 문제로 위치 시켰으며 의료 및 의약품 발견 분야에서 혁신적인 기술 개발의 일환으로 에볼루션 바카라도 기술을 통해 분자 탐지기의 기술 및 원칙 한계를 극복하기 위해 노력해 왔습니다AIST 보도 자료, 2012 년 5 월 18 일,AIST 보도 자료 2005 년 3 월 24 일) AIST는 규조토 분자에서의 이온을 감지하고 기존의 분자 검출기로 원칙적으로 측정 할 수없는 전기 중성 입자를 직접 검출함으로써 에볼루션 바카라도 기술을 사용하여 분자 검출에서 세계를 이끌고있다 그러나, 에볼루션 바카라도 분자 검출기의 작동 온도는 03 ~ 4k의 범위로 유지되었다

한편, NTT는 민감도와 효율성이 높은 양자 암호화 통신에서 단일 광자를 감지하는 광자 탐지기에 대한 연구를 촉진하고 있으며 현재 MGB를 사용하고 있습니다₂박막 생산 및 마이크로 가공을위한 축적 된 최첨단 기술이며, 전 세계 최초의 적외선 파장 범위에 있습니다단일 광자감지되었습니다 (NTT Technical Journal 2011 년 6 월호, pp58-61)

이번에는 둘 다 우수한 에볼루션 바카라도성 특성을 가진 MGB입니다₂분자 검출을 위해, 우리는보다 일반적인 에볼루션 바카라도 분자 검출기가되기 위해 연구 개발에 대해 노력했습니다

또한,이 연구 개발은 과학 홍보를 위해 일본 과학 홍보를 위해 일본 협회 (Fundamental Research C, 주제 번호 25420350)에 의해 지원되었습니다

에볼루션 바카라도 전이 온도는 39K, MGB₂를 사용하여 제조되었다 필름 두께가 10 nm이고 선 너비가 250 nm 인 mgb₂Stripline단일 스트로크Meanda Shape에 제작 된 분자 검출기 크기는 50 × 50 µm²이 에볼루션 바카라도 분자 검출기는 상업적으로 이용 가능한 질량 분석기에 설치됩니다효소그림 1 (a)에 나와 있습니다 하나의 리소자임 분자 (단량체)에 상응하는 피크 및 2 개의 리소자임 분자가 모여있는 이량 체에 상응하는 피크가 볼 수있다 면적 비율을 고려한 검출 감도는 실온에서 작동하는 종래의 검출기의 약 4 배입니다 이것은 또한 냉각 장치의 13K에서 측정되며 MGB₂에볼루션 바카라도체를 사용한 분자 검출기의 유용성을 보여줍니다 작동 온도가 10k 인 냉장고는 에너지 절약이며 기존 전력 소비의 25 미만이며, 무게가 작고 무게는 기존의 1/5 미만이므로 상업적으로 이용 가능한 분석 장치에 쉽게 연결할 수 있습니다

또한 MGB는 이번에 개발되었습니다₂에볼루션 바카라도 분자 검출기가 분자를 감지하는 메커니즘TDGL (시간 의존적 Ginzburg-Landau 방정식)and열 확산 방정식그림 1 (b)의 검은 반점은 다음과 같습니다생물학적 활성 물질와 충돌 할 때 관찰 된 전압 펄스 파형이며, 이론적 분석에 의해 얻은 출력 파형 (파란색 선)과 잘 일치한다 펄스 폭은 1 나노초 미만으로 빠르며, 이는 TDGL이 피코 초 시간 스케일에서 에볼루션 바카라도 정상 전이를 추적 할 수 있음을 나타냅니다 분자가 스트립과 충돌 한 직후, 핫스팟이라는 미세한 정상 영역이 형성되지만 TDGL과 열 확산 방정식, MGB₂처음으로 스트리핑 중에 핫스팟이 시간이 지남에 따라 변한다는 것이 밝혀졌습니다 (그림 1 (c)) 시간 변동의 개략도는 그림 1 (d)에 나와 있습니다 핫스팟은 분자가 충돌 한 후 16 피코 초의 매우 짧은 시간에 약 1 μm의 길이로 자랍니다 중앙 온도는 48K로 상승합니다 정상 전도 영역은 천천히 수축하고 충돌 후 410 피코 초가 완전히 사라지고 MGB₂스트립은 원래 에볼루션 바카라도 상태로 돌아갑니다

분자 충돌로 인한 MGB₂스트리핑 중에 약 1 μm의 정상 전도 영역이 형성되는 것으로 밝혀졌으며, 이는 충돌 위치가 1 µm의 정확도로 식별 될 수 있음을 나타냅니다이미징 질량 분석법샘플의 분자의 위치와 질량을 동시에 분석 할 수있는 기술이며, 그 응용 분야는 의학, 약국, 농업 및 공학에서 다양합니다 분자 검출기 용 MGB₂에볼루션 바카라도 분자 검출기를 사용하여, 기존 모델의 10 분의 1 미만인 100 nm 미만의 공간적 (위치) 해상도를 갖는 이미징 질량 분석을 실현할 수있을 것으로 예상된다

그림 1 (a) 13k의 냉각 온도에서 리소자임 질량을 분석하는 예, (b) 1 안지오텐신 I 이온의 충돌에 해당하는 출력 펄스 파형 (검은 점) 및 초등 공제 이론에 기초한 신호 파형 (청색 선), (c), (c), (c), (c), (c), (c), (c), (c), (c), (c), (c) 분자 충돌에 의해 생성 된 정상 전도 영역의 크기에서 시간 변화의 개략도

MGB₂에볼루션 바카라도 분자 검출기를 사용한 질량 분석의 예가 그림에 나와 있습니다 세포 내에서 분포되어 있지만 이전에는 감지 할 수없는 단백질과 약물 사이의 상호 작용에 대한보다 자세한 분석을 허용하고 부작용이 적은 약물의 발달에 기여할 것으로 예상된다 4 년을 염두에 두고이 회사는 상용 이미징 질량계에 쉽게 장착 할 수있는 일반적인 목적 에볼루션 바카라도 분자 탐지기로 마감 될 것입니다

그림 2 MGB2에볼루션 바카라도 분자 탐지기를 사용한 질량 분석 영상을위한 미래 전망

◆ MGB₂(디보리 마그네슘)

2001 년에 발견 된 수퍼 전도체 금속 기반 에볼루션 바카라도체로서,이 도시는 매우 높은 에볼루션 바카라도 전이 온도 (39K)를 가지고 있습니다 본 연구에서, 10 nm 두께의 MGB₂박막은 전자 빔 리소그래피 및 밀링에 의해 선 너비가 250 nm 인 스트립 라인 구조로 처리되었다[참조로 돌아 가기]

◆ 에볼루션 바카라도 분자 검출기

에볼루션 바카라도성과 같은 고유 한 물리적 특성을 나타내는 처리 물질을 통해 얻은 분자 검출기 에볼루션 바카라도성은 일반적으로 저온 환경에서 발생하지만 약한 영향은 정상 전도로 이어집니다 이를 다시 취함으로써, 에볼루션 바카라도체는 분자 검출에 적용될 수 있으며, 기존의 실온 분자 검출기에 의해 검출 될 수없는 약한 분자 충돌조차도 검출 될 수있다 에볼루션 바카라도 분자 검출기를 작동시키기 위해서는 저온 환경이 필요하지만 이제 액체 헬륨을 사용하지 않는 완전 자동 냉장고로 식별 할 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 질량 분석기

질량 분석기는 원자와 분자의 질량을 측정 할 수있는 장치이며, 제약 및 산업 재료의 개발을 포함하여 다양한 산업 분야에서 사용됩니다 이 중에서, 비행 시간 질량 분석기에서, 먼저 재료를 이온화하면, 재료는 고전압 펄스에 의해 날아가고, 분자 검출기와 충돌하기 전에 비행하는 시간은 측정되어 재료의 질량을 결정합니다 Shimadzu Co, Ltd의 Tanaka Koichi 박사[참조로 돌아 가기]

◆ 정상 전도

그것은 에볼루션 바카라도의 반응입니다 일반적으로 금속은 실온에서 정상 전도 상태에 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 단일 광자

빛은 입자와 파동의 이중 표면을 가지지 만 입자로 처리되면 구체적으로 광자라고합니다 이름에서 알 수 있듯이 단일 광자는 단일 광자입니다 질량은 0이지만 주파수에 해당하는 에너지가 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ Stripline

몇 가지 필름 두께가 수십 개의 Nm 및 수십 ~ 수백 nm의 선 너비를 갖는 구조 에볼루션 바카라도체를 스트립 라인 구조, 광자, 입자 등으로 미세하게 가공함으로써 높은 감도와 고속으로 감지 될 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ Meanda Shape

모양의 스트립 라인은 특정 길이로 접 힙니다 입자 빔은 질량 분석기에서 공간적으로 퍼져 있지만 가능한 많은 입자 충돌을 감지하기 위해, 에볼루션 바카라도 스트립 라인은 단일 스트로크 구불 구불 한 형상으로 처리되어 민감한 영역을 개선합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 효소

생체 내에서 발생하는 화학 반응을위한 촉매로서 작용하는 분자 리소자임은 인간의 눈물과 콧물에서 발견되며 박테리아의 세포벽을 가수 분해합니다[참조로 돌아 가기]

◆ TDGL (시간 의존적 인 Ginzburg-Landau 방정식)

현상 학적 방정식은 시간이 지남에 따라 에볼루션 바카라도 상태가 어떻게 변하는 지 설명합니다 피코 초 스케일의 시간 변화는 국소 에볼루션 바카라도 전자 밀도 및 나노 미터 스케일의 위상과 같은 에볼루션 바카라도 상태와 관련하여 재현 될 수있다[참조로 돌아 가기]

◆ 열 확산 방정식

시간이 지남에 따라 열이 어떻게 전달되는지 설명하는 방정식[참조로 돌아 가기]

◆ 생물 활성 물질

살아있는 유기체의 생리학 및 소량의 행동에 독특한 영향을 나타내는 화학 물질 안지오텐신은 혈압이 증가하는 효과가 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 이미징 질량 분석법

원자와 분자의 질량 및 분포를 측정하는 분석 기술 질량 현미경이라고도합니다 이온화 섹션에 의해 레이저가 스캔되는 스캐닝 방법과 분자 검출 섹션에 의해 질량 및 공간 분포가 모두 얻어지는 투사 방법으로 크게 나눌 수 있습니다 스캐닝 방법에서, 공간 해상도는 레이저의 광 수집 직경으로 제한되며 약 µm입니다 또 다른 단점은 측정 시간이 길다는 것입니다 투영 시스템에서, 대규모 직경 레이저는 전체 샘플로 조사되어 짧은 시간 내에 측정을 할 수있게하는 반면, 분자 검출기는 나노 초의 순서에 따라 빠른 응답 및 공간 해상도가 필요합니다 현재, 분자 검출기의 공간 분해능은 약 50 µm입니다 질량 분석기의 이온 광학에 의해 이미지 배율을 얻을 수 있기 때문에 궁극적 인 공간 해상도는 약 몇 ​​µm입니다[참조로 돌아 가기]