2018 Fiscal Year Research-status Report
磁気ビーズと集積化磁気センサを利用した細胞観測システムの観測速度と精度の向上
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17K06369
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
木村 孝之 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 准教授 (50302328)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
増澤 徹 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (40199691)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 磁気センサ / 集積化センサ / CMOS / ホール素子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成３０年度は３つの項目について検討を行った。まず磁気ビーズを観測するために不足していた感度の増加方法について検討した。これまでの研究では低周波ノイズが邪魔をして磁気ビーズからの微小な信号を測定することが難しかった。平成２９年度に行った研究では相関二重サンプリングによって測定出来る磁束密度をこれまでの１／１０にできたが、それでも磁気ビーズを観測することは難しかった。そこで平成３０年度はロックイン検出を使うことでさらに微小な磁束密度を測定するための検討を行った。与える磁束はヘルムホルツコイルで生成した。この研究により40μT程度の微小な磁束密度を測定する可能性を見いだした。これはこれまで使用した相関二重サンプリングよりもさらに１／２０の微小な磁束密度を測定出来ていることを意味する。
続いて本研究で新たにSOTBプロセスによる磁気センサと運搬用コイルの試作を行い、新しい磁気センサの特性評価までを行った。実現した磁気センサは1μm角のサイズとした。測定の結果、44μAの電流を流した際の出力感度は0.1mV/mTであった。これはこれまでの製造プロセスで試作した磁気センサの70%程度であり、実用上十分な特性であると考えられる。
最後に細胞観測、順送り運搬システムを実現するためにFPGA(Field Programmable Gate Array)を用いたシステムの構築について検討を行った。平成２９年度に検討した処理システムを基にハードウエア記述言語を用いてプログラム作成を行い、1210fpsで動作可能な位置検出システムを実現した。
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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
本研究の目的は「磁気ビーズのセンシング特性の向上」、「磁気ビーズの順送り運搬機構の速度向上」、「細胞の観測、順送り運搬システムの処理速度向上」を行い、10μｍ以下の細胞の観測制度の向上と順送り運搬速度の向上を実現することである。
はじめに「磁気ビーズのセンシング特性の向上」ではこれまで使っていなかったロックイン検出を導入することで微小な磁束密度の測定を実現出来たため、研究実施計画どおりである。
続いて「磁気ビーズの順送り運搬機構の速度向上」に関してはSOTBプロセスによるコイルの試作は済んでいる。ただし防水対策の準備に時間がかかっている。早急に対策を行い磁気ビーズの運搬実験と評価を行う。
最後に「細胞の観測、順送り運搬システムの処理速度向上」では細胞観測に必要な信号処理回路をFPGAで実現し1210fpsでの検出を実現しており計画通りである。
以上の様に全ての目的に対してほぼ計画通り研究を進めることが出来たため、研究はおおむね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
おおむね順調に研究が進んでいるため、研究実施計画に従って研究を進める。ただしSOTB製造プロセスでの試作が製造会社の都合により令和２年２月に完成予定である。よって、令和元年度の前半は、「磁気ビーズの順送り運搬機構の速度向上」におけるコイルの評価と細胞の観測、順送り運搬システムの測定の準備を中心に進める。そして試作品が完成し次第、システム全体の特性評価を行う予定である。この方策により、予定通りに研究が推進できると考える。
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| Causes of Carryover |
CADソフトウェアの契約を平成３０年度内に行う予定であったが、パーソナルコンピュータの不調のためできなかった。そのため次年度使用額が生じた。令和元年度において、パーソナルコンピュータを購入後に次年度使用額を使ってCADソフトウェアの契約を行う。
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