Spectroscopic investigations for biomaterials using terahertz microimaging

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23K17748
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 中嶋 誠 大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (40361662)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 丸山 美帆子 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (20623903)
• Project Period (FY): 2023-06-30 – 2025-03-31
• Keywords: テラヘルツ / 生体材料 / 多形 / イメージング

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、生体材料としても重要なタンパク質や医薬品化合物(有機低分子)の働きに大きな影響を与える結晶多形を、テラヘルツ(THz)分光によって明瞭に識別し、空間分布を取得する。わずかな構造・組成の変化が、THzスペクトルに大きな影響を与えるため、この情報より異なる結晶多形を識別する。テラヘルツ波を用いた高空間分解能の顕微鏡の開発においては独自の磁性体超薄膜試料Fe/Pt構造のスピントロニックテラヘルツエミッタをマグネトロンスパッタリングで作製しフェムト秒パルスレーザー照射により、十分な強度のテラヘルツ波が発生していることを確認できた。イメージング計測用に、大口径試料の作製にも従事した。この光源をもちいた顕微システムにおいて、空間分解能にして、波長の３０分の１以下の空間分解能を達成することに成功している。現在最適化を行っておりさらなる高分解能化を試みる。
尿路結石の主成分であるシュウ酸カルシウムおよびその水和物を計測の対象と選択肢し、テラヘルツ領域における吸収等の計測を実施した。１水和物（COM）と２水和物（COD）で特徴的なピークを観測することができ、それらのピークを利用することで、識別できることを確認した。また空間マッピング計測も実施、尿路結石の切片において、外側では不安定なCOD相が多く、内側では安定で硬いCOM相が多いことを確認できた。これらの成果については、テラヘルツ・赤外領域の世界最大の国際会議であるIRMMW-THzで発表を実施した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

システムの開発や、対象試料の測定など、計画どおりに進んでおり、さらに進展させていく。

Strategy for Future Research Activity

顕微システムの空間分解能の向上およびテラヘルツ光源の広帯域化・高強度化を試みる。測定対象についても、生体材料をはじめとした他試料に、現システムでの計測を実施していく。生体材料における低エネルギーの結晶多形間や物質間の相変化ダイナミクスを明らかにし、体内で生じている生体機能・人体の維持等における低エネルギー状態変化が及ぼしている寄与の解明を目指す。

Causes of Carryover

人件費について当初見積もり額から差額が発生したため次年度使用額が生じました。次年度使用額については計測用試料を購入予定です。

Research Products

• [Journal Article] テラヘルツ波で見る有機半導体・金属微粒子複合系のキャリアダイナミクス (2024)
  • Author(s): 松井 龍之介, Verdad C. Agulto, 加藤 康作, 中嶋 誠
  • Journal Title: Journal of the Japan Society for Precision Engineering Volume: 90 Pages: 337～341
  • DOI: 10.2493/jjspe.90.337
  • Peer Reviewed
• [Presentation] The Fabrication and Characterization of Spintronic Terahertz Emitter Using Magnetic/Non-Magnetic Bilayer with Nanometer Thickness (2024)
  • Author(s): M. Nishitani, K. Ejiri, S. Isosaki, R. Dai, S. Nishitani, M. Nakajima
  • Organizer: 2024 MRS Spring Meeting & Exhibit
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Terahertz Spectroscopy for Distinguishing Calcium Oxalate Hydrates (2024)
  • Author(s): W. Zhao, V. C. Agulto, H. Kobashi, K. Kato, M. Maruyama, M. Takahashi, Y. Tanaka, Y. Mori, M. Yoshimura, M. Nakajima,
  • Organizer: The 13th Advanced Lasers and Photon Sources (ALPS2024)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 有機半導体/金属接触界面のテラヘルツ時間領域分光解析 (2024)
  • Author(s): 松井 龍之介, 栃原 隆太, Verdad C. Agulto, 加藤 康作, 中嶋 誠.
  • Organizer: 令和6年電気学会全国大会
• [Presentation] Observation Of Anthracene Crystallization Under Irradiation Of Terahertz Free-Electron Laser (2023)
  • Author(s): Y. Wang, M. Maruyama, M. Ota, K. Kato, V. C. Agulto, V. K. Mag-usara, H. Y. Yoshikawa, K. Tsukamoto, Y. Tsuri, G. Isoyama, T. Onuma, R. Shimada, T. Tateshima, K. Takano, Y. Tanaka, S. Usami, M. Imanishi, M. Yusuke, M. Yoshimura, M. Nakajima
  • Organizer: 48th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Temperature Dependence Of The Conductivity Of InSb Measured By Terahertz Time-Domain Spectroscopy (2023)
  • Author(s): S. Liu, V. C. Agulto, T. Iwamoto, K. Kato, V.K. Mag-usara, M. Ota, S. Dolas, N. Newman, L. Nedelcu, M. Tani, M. Yoshimura, M. Nakajima
  • Organizer: 48th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mapping Of Kidney Stone By Far-Infrared Spectroscopy (2023)
  • Author(s): V. C. Agulto, W. Zhao, M. Maruyama, M. Takahashi, K. Kato, V. K. Mag-usara, M. Ota, Y. Tanaka, Y. Mori, M. Yoshimura, M. Nakajima
  • Organizer: 48th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Optical Properties Of Wood Biomass Material obtained By Terahertz Ellipsometry (2023)
  • Author(s): A. Nakanishi, V. C. Agulto, K. Kato, T. Iwamoto, H. Satozono, M. Nakajima
  • Organizer: 48th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spectral Range Broadening Of Multimode-Laser-Driven Terahertz Spectroscopy System Using Two Laser Diodes (2023)
  • Author(s): Y. Zeng, V. K. Mag-usara, V. C. Agulto, K. Kato, M. Ota, F. Kuwashima, M. Yoshimura, M. Nakajima
  • Organizer: 48th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Far-Infrared Absorption Properties Of Bone-Related Calcium Phosphates (2023)
  • Author(s): V. C. Agulto, W. Zhao, M. Maruyama ,Y. Ono, K. Kato, Y. Tanaka, H. Yoshikawa, Y. Mori, M. Yoshimura, M. Nakajima,
  • Organizer: 48th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Temperature Dependence Of The Anisotropic Dielectric Properties Of Semi-insulating Β-Ga2O3 In The Terahertz Region (2023)
  • Author(s): S. Liu, V. C. Agulto, T. Iwamoto, K. Kato, M. Ota, K. Goto, H. Murakami, Y. Kumagai, M. Yoshimura, M. Nakajima
  • Organizer: 48th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Terahertz time domain ellipsometry and its application in wide-bandgap semiconductors characterization (2023)
  • Author(s): M. Nakajima, V. C. Agulto, Z. Zhao, K. Kato, T. Iwamoto
  • Organizer: 9th International Symposium on Optical Materials (IS-OM'9)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Terahertz time-domain ellipsometry of ZnO wide-bandgap semiconductor (2023)
  • Author(s): Z. Zhao, K. Nasu, V. C. Agulto , T. Iwamoto, K. Kato, V. K. Pendang, M. Ota, K. Yamanoi, T. Shimizu, N. Sarukura, T. Fukuda, M. Yoshimura, M. Nakajima
  • Organizer: The 12th Advanced Lasers and Photon Sources (ALPS2023),
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Fe/Pt スピントロニック素子からのテラヘルツ波放射効率改善 (2023)
  • Author(s): 谷正彦, M. Talara, 北原英明, D. Bulgarevich, V. K. Mag-usara, M. C. Escaño, 古屋岳, 中嶋誠, 渡邊誠
  • Organizer: 2023年シンポジウム「テラヘルツ科学の最先端X」
• [Presentation] ワイドギャップ半導体ZnOの特性評価におけるテラヘルツ時間領域エリプソメトリーの応用 (2023)
  • Author(s): Zhao, V. C. Agulto, T. Iwamoto, K. Kato, K. Yamanoi, T. Shimizu, N. Sarukura, T. Fujii, T. Fukuda, M. Yoshimura, M. Nakajima
  • Organizer: 超広帯域電磁波応用研究会Workshop on Applied Electromagnetic Technology in Ultra-Wide Frequency
• [Presentation] 磁性体超薄膜テラヘルツ光源の開発と応用 (2023)
  • Author(s): 戴若辰, 中嶋誠
  • Organizer: 超広帯域電磁波応用研究会Workshop on Applied Electromagnetic Technology in Ultra-Wide Frequency,
• [Presentation] テラヘルツ領域におけるシュウ酸カルシウム一水和物と二水和物の識 (2023)
  • Author(s): 趙 王軒, Verdad C. Agulto, 加藤 康作, 丸山 美帆子, 高橋 まさえ, 田中 勇太郎, 森 勇介, 吉村 政志, 中嶋 誠
  • Organizer: 2023年 レーザー学会 関西支部、中国・四国支部連合 若手学術交流研究会
• [Presentation] テラヘルツ分光によるエピタキシャル β-Ga2O3の温度依存性 (2023)
  • Author(s): 劉 爽, Verdad C. Agulto, 岩本 敏志, 加藤 康作, 後藤 健, 村上 尚, 熊谷 義直, 吉村 政志, 中嶋 誠
  • Organizer: 第32回日本赤外線学会研究発表会
• [Presentation] デュアルMLD励起によるテラヘルツ時間領域分光システムでの差周波発生 (2023)
  • Author(s): 曾元昊, 加藤康作, Verdad C. Agulto, 桑島史欣, 谷正彦, 吉村政志, 中嶋誠
  • Organizer: 第32回日本赤外線学会研究発表会
• [Presentation] テラヘルツ領域におけるシュウ酸カルシウム水和物の分光特性 (2023)
  • Author(s): W. Zhao, V. C. Agulto, M. Maruyama, M. Takahashi, K. Kato, Y. Tanaka, Y. Mori, M. Yoshimura, M. Nakajima
  • Organizer: 第32回日本赤外線学会研究発表会
• [Presentation] 高精度テラヘルツ時間領域分光エリプソメトリーによるZnOの評価 (2023)
  • Author(s): 趙 梓茜, V. C. Agulto, 加藤 康作, 岩本 敏志, 山ノ井 航平, 清水 俊彦, 猿倉 信彦, 福田 承生, 吉村 正志, 中嶋 誠
  • Organizer: 第32回日本赤外線学会研究発表会
• [Presentation] テラヘルツ分光応用とスピントロニックテラヘルツ光源の開発 (2023)
  • Author(s): 中嶋誠.
  • Organizer: A Series meetings on Advanced Key Engineering
  • Invited
• [Presentation] 金ドープフラーレン誘導体薄膜のテラヘルツ時間領域分光解析 (2023)
  • Author(s): 松井 龍之介, 栃原 隆太，V. C. Agulto, 加藤康作, 中嶋 誠
  • Organizer: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] スピントロニックテラヘルツ放射素子における磁場変調試料抵抗率変化と放射強度の関係 (2023)
  • Author(s): 江尻宏平, 中嶋誠
  • Organizer: 第 27 回 (2023 年)福井セミナー
• [Presentation] テラヘルツ時間領域分光エリプソメトリーによるワイドギャップ半導体 ZnO の評価 (2023)
  • Author(s): Z. Zhao, K. Nasu, V. C. Agulto, T. Iwamoto, K. Kato, K. Yamanoi, T. Shimizu, N. Sarukura, T. Fukuda, M. Yoshimura, M. Nakajima
  • Organizer: 第 27 回 (2023 年) 福井セミナー
• [Presentation] ダブルマルチモードレーザー励起によるテラヘルツ時間領域分光システムの開発 (2023)
  • Author(s): Y. Zeng, K. Kato, V. K. Mag-usara, V. C. Agulto, F. Kuwashima, M. Yoshimura, M. Nakajima
  • Organizer: 第 27 回 (2023 年) 福井セミナー
• [Presentation] テラヘルツ時間領域エリプソメトリによる半導体の電気的特性評価 (2023)
  • Author(s): 中嶋誠, V. C. Agulto, 加藤康作, 岩本敏志.
  • Organizer: 2023年結晶成長学会特別講演会
  • Invited
• [Patent(Industrial Property Rights)] カルシウム結晶類の結晶形態の分析方法 (2023)
  • Inventor(s): 中嶋誠, 他11名
  • Industrial Property Rights Holder: 中嶋誠, 他11名
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2023-145150