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2007 Fiscal Year Annual Research Report

光-分子強結合反応場のための微細光学素子の創成と集積化

Planned Research

Project AreaStrong Photons-Molecules Coupling Fields for Chemical Reactions
Project/Area Number 19049016
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

西井 準治  National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, 光技術研究部門, 主幹研究員 (60357697)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 金高 健二  産業技術総合研究所, 光技術研究部門, 研究員 (50356911)
田和 圭子  産業技術総合研究所, セルエンジニアリング研究部門, 主任研究員 (80344109)
Keywords周期構造 / 表面プラズモン共鳴 / 蛍光顕微鏡 / 増強蛍光 / 格子カップリング / ナノインプリント
Research Abstract

表面プラズモン共鳴場やエキシトンのエネルギーの局在化には、回折格子、フォトニック結晶、極微導波路等の利用が有望である。我々はこれまでに、金薄膜の表面プラズモン共鳴場を利用した人工生体膜の高感度蛍光検出や、シリコンナノ粒子の局在エキシトンを使った希土類イオンの高効率発光等の研究に取り組んできた。
本研究では、金属薄膜表面に形成されるプラズモンエネルギーや半導体ナノ粒子に生成するエキシトンエネルギーと、波長レベル以下の周期構造とを組みあわせた、化学反応に関わる微弱信号の高感度検出あるいは信号増幅のための素子化技術について検討することを目的とする、特に、表面プラズモン共鳴を利用した表面や界面の高感度検出技術の構築を目指し、波長レベルの周期構造と金属薄膜との組み合わせで生まれる表面プラズモン励起増強蛍光を使って、化学反応場等のその場解析に有用な超高感度二次元蛍光計測システムを構築することを目指している。
まずは、波長オーダーの周期構造を基板表面に作製した。ガラス基板に対しては、現有的紫外線レーザーを用いた干渉露光や電子ビーム描画、プラスチック基板に対しては、熱的なのナノインプリントによる転写を行った。目標とした3mm^2の面積で均一な周期構造を作製することができ、これに金属薄膜をコーティングした。プラズモン場の強度を強めるために、周期構造の周期と深さの最適化も行うことができた。
作製した周期構造基板上に蛍光標識バイオ物質(抗体や蛋白質等)を結合させ、蛍光強度を定量評価することで、電場増強度を解析した。また計算機シミュレーションとしてFDTDやRCWAによる計算を併用し、構造と電場増強度の関係をより明確にすることができた。
そしてこの基板を用いて、蛍光標識細胞の増強蛍光による蛍光顕微鏡画像も得ることができ、超高感度二次元蛍光計測システムとして通常の24倍という増強度を示すことができた

  • Research Products

    (19 results)

All 2008 2007

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (12 results) Book (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Journal Article] Mid-infrared wire-grid polarizer with silicides2007

    • Author(s)
      Itsunari Yamada, Kenji Kintaka, Junji NIshii, Satoshi Akioka, Yutaka Yamagishi, Mitunori Saito
    • Journal Title

      Optics Letters 33

      Pages: 258-260

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Vertically Y-Branched Mode Sputter/Combiner for Intraboard Chip-to-Chip Optical Interconnection with Wavelength-Division Multiplexing2007

    • Author(s)
      K.Kintaka, J.Nishii, S.Yamaguchi, T.Kobayasbi, S.Ura
    • Journal Title

      Jpn.J.Appl.Phys 46

      Pages: 5499-5503

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Surface-relief gratings with high spatial frequency fabricated using direct glass imprinting process2007

    • Author(s)
      T.Mori, K.Hasegawa, T.Hatano, H.Kasa, K.Kintaka, J.Nishii
    • Journal Title

      Optics Letters 33

      Pages: 428-430

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 「表面プラズモン励起増強蛍光分光(SPFS:Surface Plasmon-field enhanced」)2007

    • Author(s)
      田和 圭子
    • Journal Title

      表面科学 28

      Pages: 724-727

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 光-分子強結合反応場のための微細光学素子の創成と集積化2008

    • Author(s)
      西井 準治, 他2名
    • Organizer
      日本化学会第88年会
    • Place of Presentation
      立教大学(東京)
    • Year and Date
      2008-03-30
  • [Presentation] 表面プラズモン増強蛍光イメージング法による蛍光標識抗体を用いた融合膜タンパクの観測2008

    • Author(s)
      西澤 祐次, 他4名
    • Organizer
      日本化学会第88年会
    • Place of Presentation
      立教大学(東京)
    • Year and Date
      2008-03-28
  • [Presentation] 金属ナノ周期構造基板と落射照明による高感度な蛍光顕微鏡観察法2008

    • Author(s)
      堀 博伸, 他4名
    • Organizer
      日本化学会第88年会
    • Place of Presentation
      立教大学(東京)
    • Year and Date
      2008-03-28
  • [Presentation] 光-分子強結合反応場のための微細光学素子の創成と集積化2008

    • Author(s)
      田和 圭子, 他5名
    • Organizer
      春季応用物理学関連連合講演会
    • Place of Presentation
      日本大学(千葉)
    • Year and Date
      2008-03-27
  • [Presentation] Nano-glass imprinting technology for next generation optical devices2007

    • Author(s)
      西井 準治
    • Organizer
      AIST-NORWAY NANOTECHNOLOGY SYMPOSIUM (Osaka, Japan, December, 2007)
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      20071200
  • [Presentation] 表面プラズモン増強蛍光分光顕微鏡(SPFM)による基板上での融合膜蛋白の認識過程の観測2007

    • Author(s)
      西澤 祐次, 他4名
    • Organizer
      高分子研究発表会(神戸)
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      20070700
  • [Presentation] Antigen-Antibody Interaction on a Chip Observed by Surface Plasmon Field-Enhanced Fluorescence Microscopy (SPFM)2007

    • Author(s)
      西澤 祐次, 他4名
    • Organizer
      The 10th Pacific Polymer Conference (PPC10)
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2007-12-05
  • [Presentation] Nano-glass imprinting technology for next generation optical devices2007

    • Author(s)
      西井 準治
    • Organizer
      SPIE Photonics Asia 2007 Optical Design and Testing Session (Beijing, China, November, 2007)
    • Place of Presentation
      北京(中国)
    • Year and Date
      2007-11-12
  • [Presentation] 自己組織化膜によるロタキサン超薄膜形成2007

    • Author(s)
      田和 圭子、田中 睦生
    • Organizer
      高分子学会討論会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2007-09-20
  • [Presentation] Fabrication and Applications of Deep Gratings Buried in Silic a Glasses2007

    • Author(s)
      金高 健二, 他3名
    • Organizer
      12th Optoelectronics and Communications Conference(OECC 2007)
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2007-07-13
  • [Presentation] 表面プラズモン共鳴-表面プラズモン増強蛍光同時イメージング(SPM-SPFM)によるパターン化平面脂質二分子膜の評価2007

    • Author(s)
      田和 圭子、森垣 憲一
    • Organizer
      高分子学会年次大会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2007-05-30
  • [Presentation] サブ波長構造を利用した表面プラズモン共鳴場の応用2007

    • Author(s)
      西井 準治, 他2名
    • Organizer
      The 18th Meeting on Glasses for Photonics
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2007-01-28
  • [Book] きちんとわかるナノバイオ2008

    • Author(s)
      産業技術総合研究所(分担執筆田和圭子)
    • Total Pages
      241-243
    • Publisher
      白日社
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 周期構造を有するマイクロプレートおよびそれを用いた表面プラスモン励起増強光顕微鏡または蛍光マイクロプレートリーダー2008

    • Inventor(s)
      田和 圭子、 西井 準治、 金高 健二、 堀 博伸、 達 吉郎
    • Industrial Property Rights Holder
      産業技術総合研究所
    • Industrial Property Number
      2008-000291
    • Filing Date
      2008-01-07
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 微量物質検出素子2008

    • Inventor(s)
      西井 準治1) 金高 健二1) 三澤 弘明2) 上野貢生2)
    • Industrial Property Rights Holder
      1)産業技術総合研究所、2)北海道大学
    • Industrial Property Number
      2008-066260
    • Filing Date
      2008-03-14

URL: 

Published: 2010-02-04   Modified: 2016-04-21  

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