2016 Fiscal Year Annual Research Report
Nanofluidics device embedded with metamaterials: ultra-sensitive platform for IR absorption spectroscopy
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15H06856
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
Le ThuHacHuong 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究領域, 国際特別研究員 (60752144)
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| Project Period (FY) |
2015-08-28 – 2017-03-31
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| Keywords | 赤外分光 / メタマテリアル / ナノ流体 / ラベルフリー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、生体分子分析を向けた超感度赤外吸収の検出・定量デバイスとしてメタマテリアルが装荷されたナノ流体デバイスの開発に成功した。赤外分光法は分子の化学結合や構造情報を提供する極めて重要なラベルフリー分析法であるが、低感度や水の吸収による妨害で、生体分析への応用が困難である。一方、赤外分光法の感度を向上させる工夫として、金属表面に局在する表面プラズモンの電場増強効果を利用する方法が多く提案されたが、この効果を最大限に利用するには，分子が増強された電場領域（ホットスポット）内に存在する必要がある。しかし、このような制御は従来の技術では未だ実現されていない。そこで、本研究はナノ流体工学に基づき、検出対象となる分子をメタマテリアルのホットスポットに導入できる流体デバイスを提案・作製した。試作したデバイスは、平らな金ミラーと中赤外光に応答する微小光共振器の間に深さの数十nmの流体チャンネルが挟み込まれた構造である。この構造は無偏向中赤外光の垂直入射に対して、反射光を抑制する電気四極子共鳴モードが形成された。このモードにおいては電場と磁場とも微小光共振器と金属ミラーの間に蓄積することが明らかとなった。検出対象となった分子を流体チャンネルに導入したところ、分子の赤外吸収信号がメタマテリアルの広い反射ディップの中に明確な吸収ピークとして検出された。CーH官能基の赤外吸収バンドを検出したところ、最新の表面増強赤外吸収分光法と比べ、２桁ほどの感度向上が確認された。一方、このような分析デバイスはナノ空間における分子の訂正・定量ができ、ナノ空間に閉じ込まれた分子（水分子）や化学反応を解明する独自の方法を実証した。本手法が成功すれば、革命的な分析ツールを与え、細胞やタンパク質等をインタクトな状態かつリアルタイムで構造機能解析が可能となり、医療診断やバイオマーカーの探索研究へ大いに貢献できる。
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| Research Progress Status |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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