2021 Fiscal Year Research-status Report
Plasmonic semiconductor sensor for visualization of virus distribution
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20K20533
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
菅 哲朗 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (30504815)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
瀧 真清 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (70362952)
岩瀬 英治 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (70436559)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | SPR / MEMS / Electrical Detection |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は環境中の不可視なウイルスをリアルタイム検出する技術の実現を目的とする。このために、ラベルフリーで化学量計測が可能なプラズモニック半導体センサの研究を進め、ウイルスを高感度かつ選択的に検出する方法を実現する。センサを小型可搬にしてウイルスをその場認識可能とし、安全な生活環境の実現に貢献する技術を提供する。
2020年度の取り組みでは、、プラズモニック半導体センサの研究を進める上で重要となる、回折格子による効率的な背面照射による表面プラズモン励起構造の実現に取り組んだ。結果として、はSU-8を材料としたポリマー基板内部に、シリコン製のナノ回折格子を埋め込む構造を試作し、この構造上で背面照射により理論と整合する共鳴が得られた。一方で、この構造は試作プロセスの難度が非常に高いものであるため、より簡易的に試作可能な方法を2021年度に探索した。
具体的には、シリコン基板表面にトレンチを作り、そのトレンチ上に金属を成膜した構造であり、数値計算方法（RCWA法）により探索した。数値計算上では、背面からの照射に対する良好な共鳴、そして、センサ面の屈折率変化に対して適切な共鳴シフトを示すことから、有望構造として試作を進めた。ナノリソグラフィにより試作構造が完成した。現在、背面照射による応答測定は検証途上にあるが、表面側（試料面）側からの光照射によるSPR励起は確認しており、同時に応答の電流測定にも成功している。この結果を受けて、2022年度は背面照射からのSPR励起の確認、水試料に対するSPR応答の電流測定などを実施する。
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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
本課題の目標を実現するうえで重要なのは、半導体SPRセンサを用いた背面照射励起構造の実現である。この点において、有望構造を抽出することができ、さらに、試作にも成功している。性能検証は途上であるが、順調な進展であると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
半導体SPRセンサ以外の部分についても、基礎検証が進みつつある。ウイルスを捕捉可能な分子膜の選定や、ウイルスを空気中から捕集するシステムの検証が進展中である。2021年度は最終年であるが、現在プロトタイプが作製完了した半導体SPRセンサを用いて、生体分子の検出実験を行い、センサ感度などの観点から、ウイルスの検出を可能とする性能を実現可能かどうかという点を見極めたい。
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| Causes of Carryover |
2020年来のコロナウイルスの流行により、当初想定していた外部実験設備利用などの利用や、想定よりも試薬の購入などが減少気味である。2021年度はコロナ流行下での実験活動実施のノウハウが蓄積されてきたので、2020年度よりも活発に研究活動がすすめられたので、2022年度はより一層活動を進め、予算の確実な執行を進める予定である。
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