2015 Fiscal Year Research-status Report
フォトニック結晶構造の最適化によるバイオ蛍光計測マイクロシステム
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15K05715
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
柳田 保子 東京工業大学, 精密工学研究所, 准教授 (10282849)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
初澤 毅 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (70272721)
PARK Jongho 東京工業大学, 精密工学研究所, 助教 (80639146)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ナノマイクロ加工 / フォトニック結晶構造 / 光導波解析 / バイオ計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度は、フォトニック結晶構造パターンと光学特性について、光シミュレーションによるフォトニック結晶構造と光学特性との関連性を検討した。これまでの研究では、3次元finite difference time domain (FDTD)法による電磁界解析シミュレーションを行っていたが、本年度はMEMS-Oneを用いて、一次元フォトニック結晶の全反射による光導波解析に関する検討を行った。その結果、結晶構造による回折は確認されたが、上部では光源の影響が大きいことから、定量化のためにモデルを改良して引き続き検討することとした。
また、微細加工により作製するフォトニック結晶の形状・寸法などの設計について検討し、製作を開始した。円孔の大きさや格子定数を最適化するために、先行研究で作製した直径380nm、深さ100nm、ホールピッチ520nmを基準として、赤色、黄緑色、黄色、黄赤色に共鳴すると予想される円孔133～532nm、円孔間隔520～728nmまでを適宜組み合せ、8パターンのフォトニック結晶を設計した。文部科学省「ナノテクノロジープラットフォーム」事業「微細加工プラットフォームコンソーシアム」との連携によりガラス基板上にSiN膜を蒸着し、パターン形状を作製した。SEMにより設計通りのパターンが作製されていることを確認している。このガラス基板の側面から白色光を導入し、それぞれのフォトニック結晶領域から放出される光のスペクトルを測定した。その結果、円孔径を大きくすることで高強度となること、10nm程度の格子定数の変化はスペクトルピークに影響を及ぼさないことなどが明らかとなった。
バイオ分子計測の最適化に関連し、赤色蛍光色素で染色された死細胞の増減計測をフォトニック結晶チップで行うために、生死細胞分離流体デバイスを作成した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
DNAやタンパク質といったバイオ分子計測には、黄緑色～赤色範囲の蛍光波長を出現させる蛍光色素が非常によく用いられる。平成27年度中に、これらの波長に対応するフォトニック結晶構造を設計し・作製に着手している。
また、平成27年度の研究実施計画の一部に、バイオ分子計測の最適化について、蛍光標識DNAやタンパク質などの計測と評価を行うこととしている。これについて、細胞の生死判定を行う蛍光試薬を用いて、死細胞より発する赤色蛍光を効率よく計測するための、生死細胞分離マイクロ流体デバイスを開発している。
今後速やかに、バイオ試料から発する蛍光を計測するために必要なフォトニック結晶構造の作製と、その最適化について検討を重ね研究を推進する。このように研究実施の見通しは立っているため、自己点検評価をおおむね順調に進展している、とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度はまず、多色蛍光計測用フォトニック結晶チップの製作のために、異なる構造パターンのフォトニック結晶を一枚のガラス基板上に作製する。平成27年度に行ったMEMS-Oneによる一次元フォトニック結晶の全反射による光導波解析に関する検討について、定量化のためにモデルを改良して引き続き検討する。
そして多種類の蛍光波長光の同時計測に使用可能なフォトニック結晶チップを作製するために、異なる構造パターンのガラス基板上の配置等について検討して最適化する。さらにその製作条件等について検討する。
平成27年度に作製した８パターンのフォトニック結晶構造について、特定波長の光に対する特性評価を行う。フォトニック結晶構造パターンを形成したガラス基板の側面より、バイオ分子計測でよく用いられる赤色光、黄緑色光、黄色光、黄赤色光を適宜組み合わせて導入し、各々のフォトニック結晶領域から放出される光のスペクトルを測定して光学特性評価を行う。この結果を元に、バイオ分子に標識されたラベル色素の蛍光計測を行う。
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| Causes of Carryover |
平成27年度に、942円の残高が発生し、平成28年度に繰越しを行うこととなった。消耗品費にて当初予定よりも若干低価で購入可能であったために残高が発生した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度に使用する試薬類の購入費に充てる予定である。
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Research Products
(11 results)
