Development of ultrahigh, highly reproducible molecular detection system employing high-emittance optical metasurfaces

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17H01066
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Optical engineering, Photon science
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: IWANAGA Masanobu 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主幹研究員 (20361066)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: メタ表面 / バイオセンサー / 蛍光検出 / 癌マーカー分子 / 抗体 / 抗原 / 核酸

Outline of Final Research Achievements

We aimed at establishing metasurface biosensors that have extremely high capability for fluorescence enhancement. At the beginning, plasmonic metasurfaces are assumed to be the good candidate. In addition, I explored other metasurfaces made of dielectrics and semiconductors. Consequently, I found all-dielectric metasurfaces that have excellent FL-enhancing capability at the early stage of this study. Going through this study, it has been established that metasurface biosensors can detect a wide range of targets from antibody/antigen (proteins) to DNA (nucleic acids) in a highly sensitive manner. This means that the metasurface biosensors are applicable for various targets.

Free Research Field

光バイオセンサー

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高感度な蛍光バイオセンサーは多様な疾患マーカーや遺伝子検査に応用することができるが、１つのプラットフォームでそのような性能を満たすバイオセンサーはこれまで実現されていなかった。今回の研究を通じて、メタ表面センサーがその要件を満たすことを実証した。超高感度かつ高スループット（短時間）検出が可能であるため、今後医療検査の迅速化や検査対象となるバイオマーカーの対象拡大にたいする社会の需要に応える検査システムが生まれることにつながる成果である。