2017 Fiscal Year Annual Research Report
微量溶液評価用高感度近接場テラヘルツセンサーの開発とその応用
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15K18053
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
芹田 和則 大阪大学, レーザー科学研究所, 特任研究員 (00748014)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | テラヘルツ波 / 非線形光学結晶 / メタマテリアル / マイクロ流路 / 局所場光物性 / イオン濃度 / 血糖値 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
開発を行ってきたメタマテリアル付マイクロ流路チップにおいて、メタマテリアル構造の最適化を行うことで、前年度成果の検出感度を１桁向上させることに成功した。具体的には、高いQ値が期待できる非対称スプリットリング共振器を導入し、実量128ピコリットルの極微量溶液中のイオン濃度や糖濃度を最大1.4フェムトモルの感度で検出することに成功した。従来のテラヘルツ（THz）溶液測定と比較して最高の感度と微量性を達成した。
また、より高感度で実用的なバイオ測定が可能な反射型近接場THz分光イメージングシステムの開発を行った。その結果、これまでのTHz測定では数ミリ程の分解能でしか観察できなかった生体組織片を10マイクロメーター以下の分解能で観察できるようになった。このことは、THz波を使って生体組織の正常部位と病変部位の細部にわたるまでをオンサイトで評価できる可能性を示唆している。これまでに開発した微小開孔型チップやマイクロ流路チップもそのまま導入可能であり、THz病理診断への応用に期待が持てる成果となった。
総括として、非線形光学結晶ベースの微量溶液評価用THzセンサーを開発し、ピコリットルオーダーの微量溶液中の溶質濃度をフェムトモルオーダーの感度で検出することに成功した。また、この局所THz波をメタマテリアルやナノ粒子と近接相互作用させることで、従来の遠方場THz計測では観測されない興味深い物理現象が引き起こされることが分かった。
さらに反射型システムを構築し、細胞や組織をはじめとする様々な形状の生体試料のTHz測定が可能であることを示した。これらの成果は、従来の遠方場THz手法では困難なアプローチであり、生体試料の新規物性解明に大いに貢献できる可能性がある。また、昨今急速に発展しているマイクロフルイディクスと本技術を融合させることで、今後のバイオセンシングのさらなる発展が期待できる。
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