2015 Fiscal Year Annual Research Report
シリコンテクノロジーを用いた集積化光バイオセンサーの研究
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24360136
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
横山 新 広島大学, ナノデバイス・バイオ融合科学研究所, 教授 (80144880)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池田 丈 広島大学, 先端物質科学研究科, 助教 (10505754)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | バイオセンサー / Siリング共振器 / 差動検出 / 温度安定性 / 前立腺特異抗原 / 実用感度 / 感度ばらつき抑制 / Siフォトニック結晶共振器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、小型で高感度のSiフォトニクスを利用したバイオセンサーの開発である。H26年度までに差動Siリング共振器およびSiフォトニック結晶共振器を用いたバイオセンサーの高安定化及び高感度化の研究を実施し、差動Siリング共振器バイオセンサーについては、共振波長にばらつきがあっても同一感度が得られる方法の提案・シミュレーション及び前立腺特異抗原の実用的感度0.5ng/mlを達成した。Siフォトニック結晶共振器バイオセンサーについては、キャビティー型がディフェクト型に比べ大きな感度を持つことを明らかにした。問題点として、入出力部の光ファイバーと光導波路との結合効率が1/100以下と低く、出力のノイズが検出感度の増大を妨げていることであった。そこで、H27年度はこの点を改良するめ、入出力部にスポットサイズコンバーターと呼ばれる光結合効率を増大させる構造を付加する研究を行った。プラズマCVDでSiON膜（屈折率1.55でSiとSiO2の中間）を成膜し、これを加工してSi導波路より厚く(3ミクロン)、太幅(10ミクロン)の導波路を入出力部に付加すると共に、その部分のSi導波路をテーパ状にすることで、従来より30倍以上大きい結合効率を達成した。また、Siリング共振器の共振波長のばらつきがガウス分布に載ることを明らかにし、その分布の平均値及び標準偏差とリング間距離の関係を明らかにし、差動型センサーの感度ばらつきに対してより精度の高い予測を行った。温度安定性については、熱歪みによるリング長の変化とSiの屈折率の温度依存性を分離し、後者が支配的であることを明らかにした。またキャビティー型フォトニック結晶センサーの感度をショ糖を用いて調べ、世界最高の感度を達成した。これらの成果は、応用物理学会、国際会議および学術雑誌Journal of Applied Physicsに発表された。
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| Research Progress Status |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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