2017 Fiscal Year Annual Research Report
Diamond quantum image sensor for molecular targeted dynamics of cancer
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17H01262
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
波多野 睦子 東京工業大学, 工学院, 教授 (00417007)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
関野 正樹 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (20401036)
日下部 守昭 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任教授 (60153277) [Withdrawn]
八井 崇 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (80505248)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 電気・電子材料 / 電子デバイス・機器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
優れた生体親和性と、磁場に高感度でベクトルイメージング可能なダイヤモンド中の窒素‐空孔（NV）センタの特長を活用して、材料-物性-デバイス-計測-システム-医療の理・工・医学の連携により、原発癌の性状特定と迅速・高精度・低侵襲に転移癌を検出するダイヤモンド量子センサを世界に先駆けて実現することを目的とする。NVセンタのナノ領域における量子（電子スピン、光子、フォノン）間相互作用を解明・制御し、波多野が開拓した世界最先端の材料・スピン制御計測技術とナノ光子制御技術と融合することで性能と機能性を向上させる。さらには実際の診断・治療に即した生体計測法を実現し、次世代医療に重要なQuality of Lifeの向上につなげる。
本年度は、上記目標実現に向けて[1]高性能・高機能ダイヤ量子センサ、[2]プローブヘッドの開発を行った。[1]では、大面積化が可能なSi基板上に、独自の先端プラズマCVD法でダイヤ膜を合成することにより、感度の向上に有効であるNVセンタ軸の配向が揃ったセンサが得られた。また、高感度、環境ノイズ低減につながるダイナミカルデカップリングによる量子プロトコルを構築し、リンパ節に注入する磁性微粒子を想定したACイメージング（ピクセルサイズ20×20ミクロン）に成功した。[2] では、実際の診断・治療に即した生体計測のために、取り回しが容易なハンドヘルドプローブを試作した。磁気ヘッド部には従来のレンズを用いた系ではなく、光ファイバによる光照射・検出系を用いて、小型化・堅牢化を実現するとともに、検出効率を最大限引き出すためのファイバの最適化を行った。また、磁性微粒子を効率よく磁化させるための励起コイル形状の最適化を行った。上記の成果に関して、論文を執筆し、招待講演をはじめとする講演も多数行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ダイヤモンド量子センサの早期実現のために、頻繁に会合を持つことで、各グループの実施目標を明確にした。その結果、要素技術（[1] 高性能・高機能ダイヤ量子センサ、[2]プローブヘッド）の各開発について、予定した結果を計画より早期に得ることができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度に各グループで得られた結果を踏まえて、各グループで得られた成果を有機的に統合することで、実際の診断・治療に即した生体計測の予備検討を行う。具体的には、試作機の性能評価のため、動物実験を行う。後肢の指間皮下に磁性トレーサー粒子を皮下投与して、継時的に膝下リンパ節への磁性トレーサー粒子の集積量を測定する。この実験から，検出に必要な集積時間と、検出可能なリンパ節の深さや磁性トレーサー粒子の量などを明らかにするすることで、各技術要素（[1] 高性能・高機能ダイヤ量子センサの創製、[2]プローブヘッド）の改良につなげる。さらなる磁気感度向上のために、NVからの発光効率を向上することが必須となる。そこで、NV同士の発光の協調現象を利用した超放射発光制御を検討する。超放射を発生させるためには、双極子の向きの制御も重要となる。そのため、NVセンタの密度依存性に加えて配向度依存性も併せて詳細を検討する予定である
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[Journal Article] Engineering of Fermi level by nin diamond junction for control of charge states of NV centers2018
Author(s)
T. Murai, T. Makino, H. Kato, M. Shimizu, T.Murooka, D. E. Herbschleb, Y. Doi, H. Morishita, M. Fujiwara, M. Hatano, S. Yamasaki
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Journal Title
Applied Physics Letters
Volume: 112
Pages: 111903 1-4
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Development of magnetic techniques for intraoperative diagnosis of breast cancer metastasis2017
Author(s)
Masaki Sekino, Akihiro Kuwahata, Miki Kaneko, Shinichi Chikaki, Norio Tanabe, Takayuki Nakagawa, Kohei Saeki, Mikio Shiozawa, Hiroyuki Takei, Seigo Nakamura, and Moriaki Kusakabe
Organizer
Tsinghua-Todai joint symposium on Bioengineering and Biomedical Engineering
Int'l Joint Research / Invited
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