Development of highly sensitive terahertz micro-TAS and its applications to the nanobioanalysis

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01392
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Serita Kazunori 大阪大学, 経営企画オフィス, 准教授 (00748014)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: テラへルツ / 非線形光学 / メタマテリアル / 微量分析 / DNA / 血液 / マイクロタス

Outline of Final Research Achievements

We have developed a micro total analysis system for terahertz (THz) bioanalysis. The chip, THz micro-TAS, consists of a few arays of meta-atoms, a microfluidic channel, and THz point sources, and performs sensing using resonance response.The sensor section, approximately the size of five hair cross-sections, can also be used as an integrated sensor. Furthermore, we introduced electrophoretic separation analysis technology to THz measurement for the first time, enabling the THz measurement of minute amounts of mixed solutions. The THz micro-TAS allows for the evaluation of various bio-samples in small quantities, such as mineral precipitation in water, time-dependent changes in blood glucose level in human blood, and the assessment of single-stranded and double-stranded DNA. We hope that the results of this research will contribute to the spread of THz biosensing in the future.

Free Research Field

テラへルツ

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

テラへルツ（THz）バイオセンシングでは生体高分子の機能発現や３次元構造変化に起因する重要な情報を、非侵襲且つ非標識で計測し、抽出することができる。しかし、THz波の回折限界と水への強い吸収の影響で、コンパクトで高感度なバイオチップ開発が難しかった。本研究ではこれら問題を同時に解決し、多機能なマイクロタス(THz microTAS)としての新しいTHzセンサーとセンシング手法を提案・開発した。本成果により、様々なバイオサンプルのTHz領域における振る舞いを観測できるようになり、実際の疾患や生命機能発現などとの関連を詳細に調べていくことで、医療分野や分析化学分野の発展に貢献できると期待している。