レーザー走査型生体生理情報センシング顕微鏡の開発

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05558113
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 岩崎 裕 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (00029901)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 光亦 忠泰 松下電器産業(株), 中央研究所第一研究室, 室長 ; 吉信 達夫 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (30243265)
• Keywords: pHイメージセンサー / レーザー / バイオセンサー / 食品管理 / 生菌計数 / 半導体 / 顕微鏡 / 大腸菌

Research Abstract

レーザー走査型生体生理情報センシング顕微鏡を設計・製作し、基本的な動作を確認した。検出面には生体の代謝にともなうpH変化を検出するSiN薄膜を用い、レーザー走査によってpH値の2次元的な分布を画像化できることを実証した。さらに、検出面と接する電解質として生体用の寒天培地を用いることにより、寒天培地上で培養したイースト菌や大腸菌の代謝活動にともなうpH変化を検出し、これらのコロニーをpH像として観察することに成功した。この技術は、生物学的研究のツールとしてはもとより、食品衛生管理の分野でも短時間で生菌を検出する手段として応用できると期待される。
次に、同顕微鏡の空間分解能や測定感度などの基本性能を向上させるための研究を行なった。キャリア拡散モデルによるシミュレーションを行い、分解能や感度等がセンサの構造や物性定数、レーザー光の波長などによってどのように変化するかの性能予測を行なった。シミュレーションの結果を実際の性能と比較したところ良い一致を示し、キャリア拡散を考慮したモデルが妥当であることが分かった。実際に半導体層の最適化を行ない、50μm以下のパターンが解像できるようになった。また、レーザー光の波長に関しては、赤外線レーザーを用いることにより分解能、感度ともに向上できることが分かった。
そのほか、測定電流を高速A/D変換してデジタル信号処理するシステムを使うことにより、一画面の測定に要する時間が数分程度にまで短縮された。また、より実用化に近い簡易型の装置を試作し、基本性能を確認した。

Research Products

• [Publications] Motoi NAKAO,Tatsuo YOSHINOBU and Hiroshi IWASAKI: "Scanning-Laser-Beam Semiconductor pH-Imaging Sensor" Sensors & Actuators B. (発表予定).
• [Publications] Motoi NAKAO,Tatsuo YOSHINOBU,and Hiroshi IWASAKI.: "Improvement of Spatial Resolution of a Laser-Scanning pH-Imaging Sensor" Japanese Journal of Applied Physics. 33. L394-L397 (1994)