2023 Fiscal Year Annual Research Report
脳内に埋め込み可能な表面プラズモン共鳴型化学量センサの研究
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22K20404
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
大下 雅昭 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 助教 (10964025)
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| Project Period (FY) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| Keywords | 表面プラズモン共鳴 / 化学量センサ / ショットキー障壁 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では神経伝達物質の計測を目的とした、直接脳内に埋め込み可能な表面プラズモン共鳴(SPR)型化学量センサを実現する。社会的相互作用（例：闘争、繁殖）に関する脳機能の解明には、複数の動物の参加が必須であり、それらの動物の活動を制限しない脳神経活動の無線計測が不可欠である。脳内物質濃度の無線計測に適用可能な技術は、電気的にインピーダンスを計測し、目的とした化学物質の濃度に換算する電気化学測定法のみである。しかし、電気化学測定法には社 会的相互作用と関係の深いオキシトシンなどの神経ペプチドを生理活性のある下限の濃度まで計測できない問題があった。一方、SPR型化学量センサは検出下限 に問題はないものの、嵩張るプリズムと装置外部に光検出器が必要で脳への埋込が困難であった。そこで本研究ではSPRセンサは回折格子を用いることで平面上 での伝搬型SPRカップリングを行い、伝搬先に設置した半導体接合でSPRの検出を行う構造の原理実証に取り組んだ。2023年度は前年度に原理検証に成功したセンサのノイズ特性評価を行った。主なノイズ源であるショットノイズは、電流流量の平方根でスケールするため、電流信号範囲をノイズレベルに対してプロットした。 電流信号範囲は、各角度における光電流値の最大値と最小値の差として定義した。 ノイズレベルは、どの入射波長でもピークが発生しない20°から25°の間の信号の標準偏差として決定した。 ノイズレベルに対する信号範囲は電流の平方根に比例すると仮定した場合のプロットに従う結果となった。したがって、本研究のセンサ出力はショット・ノイズ成分が支配的であると結論付けられた。
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