2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of integrated optical biosensor using SOI photodiode with SP antenna
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18K04261
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
佐藤 弘明 静岡大学, 電子工学研究所, 助教 (00380113)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
猪川 洋 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (50393757)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 集積化バイオセンサー / ラベルフリー / 表面プラズモンアンテナ / SOIフォトダイオード |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究で提案した集積化光学バイオセンサーにおいて、検体に対する屈折率変化の測定限界（雑音等価屈折率変化）が、既存で大型な光学バイオセンサーよりも同等かそれ以下に到達させることを主要な目標として研究を進めた。最終年度まで得られた屈折率変化の測定限界は、1×10の-5乗 RIU (RIUは屈折率単位）を少し上回るところまで到達し、他の光学バイオセンサーの性能に比肩しうる値となったものの、10の-6乗RIU台へは信号雑音の抑制が計画通りに進まず、到達できなかった（測定限界 ＝ 雑音レベル ／ 屈折率変化に対する信号変化）。試作デバイスに検体水溶液を導入する前は雑音レベルが低かったため、主要な問題は検体水溶液の導入に伴うものと考えられる。特に絶縁材料によって分離された電極間が水溶液によって短絡すると、屈折率変化に伴う信号に雑音が重畳する。試作したバイオセンサーは、測定を繰り返すことによって雑音信号が増加していたため、使用した絶縁材料の水溶液に対する耐久性が疑わしい。より強固な絶縁材料に変更する必要があったと推測している。もう一つ考慮すべき点は導入水溶液の温度や圧力の変化への対応であった。温度変化に対しては独自の補償方法を本研究において提案するとともに、その効果を実証している。一方の圧力変化については、最終年度に自動送液システムを導入して対応した。特に手動で検体を切り替えていた際の急激な圧力変化が抑制され、出力信号の揺らぎの低減につながった。
本研究では、提案バイオセンサー単体の性能向上だけではなく、複数のバイオセンサーを集積化し、生体分子検出の効率化も計画した。アレイ状に配列したバイオセンサーチップを実際に試作した。また、バイオセンサーのごく近傍に温度センサーを配置し、検体温度を高精度に補償できたことは、集積回路の特徴を活かした大きな成果である。
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