2015 Fiscal Year Annual Research Report
１細胞計測のためのフォトニクス・マイクロフルイーディックス融合デバイスの構築
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25286034
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
鈴木 博章 筑波大学, 数理物質系, 教授 (20282337)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
尾崎 信彦 和歌山大学, システム工学部, 准教授 (30344873)
横川 雅俊 筑波大学, 数理物質系, 助教 (50447885)
杉本 喜正 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端的共通技術部門, 主席研究員 (60415784)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 方向性結合器 / 導波路 / バイオセンシング / 微小流路 / 細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
フォトニック集積回路における重要な素子の一つである光方向性結合器は、バイオセンサの微小化、高感度化に有望である。本研究では、１細胞センシングを最終的な目標に、光方向性結合器バイオセンサの開発を行った。方向性結合器は２つの導波路が近接した構造を有する。入射したレーザー光は２つの固有モード（偶および奇モ－ド）の結合モードとして導波路中を伝搬する。固有モードは表面と接する媒質の屈折率に応じて異なる依存性を示し、導波路外部に染み出す近接場を介して互いに干渉するため、２つの導波路からの出射光強度が変化する。これらの出射光強度の比を取ることにより、入射時や伝搬時の光減衰に起因する出射光強度の絶対値の変動の影響を低減できる。ビーム伝搬法および有限要素法を用いたシミュレーションにより、 センサ特性のシミュレーションを行い、これをもとに方向性結合器を設計・作製した。まず、電子線描画により形成した厚膜フォトレジスト（SU-8）導波路から成る方向性結合器を作製した。この方向性結合器とPDMS微小流路を結合し、一本鎖DNAをプローブとして方向性結合器表面に固定し、微量溶液中の相補的なDNAが検出できることを確認した。また、ビオチン化表面へのストレプトアビジン結合も確認した。シミュレーションの結果、センサ高感度化には方向性結合器の伸長が有効であることが示された。そこで、導波路材料を厚膜フォトレジストからよりコア・クラッド間の屈折率差の大きいシリコン窒化膜に変えた方向性結合器を作製した。この方向性結合器では結合部を長くし、これを微小領域に収容するため、折り畳み構造とした。１細胞と同スケールの領域への長尺方向性結合器の集積化により、１細胞のその場測定に適した光センサ素子が実現した。
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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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