2018 Fiscal Year Annual Research Report
１０００万画素の高精細イメージングを実現する半導体化学センサプラットフォーム
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17H03074
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
吉信 達夫 東北大学, 医工学研究科, 教授 (30243265)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮本 浩一郎 東北大学, 工学研究科, 准教授 (70447142)
WERNER Frederik 東北大学, 工学研究科, 助教 (90791434)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 化学センサ / LAPS / 化学イメージセンサ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、1000万画素の解像度と10ミクロンの空間分解能でイオンや分子の濃度分布を画像化できる半導体化学イメージセンサシステムの開発を目的としている。このうち画素数については、単一のプローブ光によって全ての画素から逐次的にデータを読み出すと膨大な時間を要するため、複数のプローブ光による周波数多重化読み出しと機械的走査を併用する方式を想定している。本年度は、光照射領域で定義される画素サイズをなるべく小さくするため、光ファイバと球状レンズを組み合わてセンサ上に焦点を結ぶプローブアレイを内蔵したヘッドでセンサ裏面を走査する方式を新たに考案し、3Dプリンタを用いて試作を行った。また、64チャネル分が重畳した光電流信号をFPGAで周波数分離し、電流振幅像および電流位相像を秒間30コマのフレームレートでリアルタイム動画表示できるシステムを開発した。一方、空間分解能については、半導体層の部分薄層化によってセンサの機械的強度を維持しつつ20ミクロンの構造を明瞭に画像化できることを確認した。
また、化学イメージセンサシステムの応用分野をさらに開拓するため、以下のようにさまざまな系を対象として測定を行った。(1)各種アルカリイオンの濃度分布測定、(2)微小流体デバイスとの複合化および微小液滴の測定、(3)金属表面の腐食に伴うpH変化の可視化、(4)生分解性ポリマーの分解過程の可視化、(5)植物の根圏におけるpH分布の可視化、(6)細胞層における創傷癒合速度の測定。
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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
光ファイバと球状レンズを組み合わせた光学系により、複数のプローブ光を同時にセンサ上に集光できることが確認されたので、周波数多重化と機械的走査を併用して高画素数の化学イメージングを実現するめどが立った。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度に開発したプローブアレイを用いてセンサを機械的に走査する機構を開発し、化学イメージセンサシステムで取得可能な化学イメージの画素数を段階的に増加させる。空間分解能の向上については、半導体層の厚さやキャリア濃度の最適化に加え、定常光照射によるキャリア再結合促進を用いた手法を検討する。また、さまざまな応用を見据えて、各種イオンの測定やバイオセンシング、微小流体デバイスとの複合化についても検討する。
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