2014 Fiscal Year Annual Research Report
波動光学に基づいた拡張ナノ空間のための熱レンズ検出デバイスの創出
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25248033
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
北森 武彦 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60214821)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
嘉副 裕 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20600919)
馬渡 和真 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60415974)
清水 久史 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60631281)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | マイクロ化学チップ / ナノフルイディクス / 熱レンズ顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は10-1000 nmスケールの空間（拡張ナノ空間）中の非蛍光分子を高感度に検出するデバイスの開発を目的とする。研究代表者らはこれまでに、熱レンズ顕微鏡（TLM）を独自に開発し、光吸収と無輻射緩和による温度変化に伴う屈折率の変化（熱レンズ効果）を用いて非蛍光性分子を高感度に検出することに成功した。また、TLMに微分干渉観察法（DIC）の原理を導入することにより、光を分離・干渉させることで熱レンズ効果を検出する微分干渉熱レンズ顕微鏡（DIC-TLM）を開発し、波動光学的原理を用いて光の波長よりも小さい拡張ナノ空間で非蛍光性分子の高感度検出に世界で初めて成功した。本研究はこのDIC-TLMをデバイス化することを目的とし、ガラス基板上に光導波路を用いてMach-Zehnder型の干渉計を作製し、DIC-TLMをデバイス化する。
平成25年度までに、フェムト秒レーザを用いてガラス基板内部に導波路を形成する方法により、マイクロ流路中の非蛍光性分子を検出することに成功しデバイスの原理を実証した。平成26年度は、拡張ナノ空間内の非蛍光性分子の検出を目指しより高感度なデバイスの設計・製作に取り組んだ。
まず、拡張ナノ空間内で発生する熱レンズ効果の検出に必要な導波路を設計するため、有限要素法を用いた温度分布のシミュレーションを実施した。その結果、ガラス内部の温度変化は表面近傍の数100 nmの領域に集中しているため、基板表面に直接導波路を作製する方法が有効であると考えた。そこで、基板上に窒化ケイ素薄膜の導波路を化学気相成長法で作製し、さらにシリカ薄膜を蒸着して表面を研磨することで、拡張ナノ流路を有する基板と接合してデバイスを作製することに成功した。平成27年度以降、完成したデバイスの性能を評価し、光学配置の最適化および性能の向上に取り組む予定である。
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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
当初は導波路の作製に時間がかかることが想定されたが、国内外の研究者や企業と協力することにより研究が順調に進展した。
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| Strategy for Future Research Activity |
熱レンズ検出のための導波路の最適化には、申請者らの知見だけではなく導波路の専門家の知見が大いに必要とされることが考えられる。これらの研究者とより密接に連携することで研究を円滑に実施していく方針である。
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