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半導体デバイスを応用した分析チップ用高解像度化学イメージングシステム

Research Project

Project/Area Number 14F04037
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section外国
Research Field Analytical chemistry
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

吉信 達夫  東北大学, 医工学研究科, 教授 (30243265)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) WERNER CARL FREDERIK  東北大学, 医工学研究科, 外国人特別研究員
WERNER Carl Frederik  東北大学, 大学院医工学研究科, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2014-04-25 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2016: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2014: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords化学センサ / LAPS / 化学イメージセンサ
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、微小流体デバイスに組み込み可能な半導体化学センサとして期待される light-addressable potentiometric sensor (LAPS)の空間分解能を向上させる新しい原理の実証と装置の開発を行った。LAPSは、画素構造や配線を形成することなく、光照射位置ごとにpHやイオン濃度の読み出しが行える光アドレス機能を有しており、1枚のセンサチップ上で複数の検体やイオンを測定したり、空間分布を画像化することができる。
LAPSは、半導体センサ裏面の光照射で発生した電子・正孔対が、センサ表面のイオン濃度に応答して形成される空乏層で電荷分離される際に生じる電流を信号として検出する。このとき、面内方向への電荷の拡散によって空間分解能が決まる。本研究では、光をパルス状に照射し、過渡電流を時間分解的に測定することによって、照射点近傍のイオン濃度を高い空間分解能で測定する方法を開発した。前年度までの研究でこの原理の実証が行えたので、最終年度はさまざまなパラメータを変化させて測定条件の最適化を行った。
実験により、パルス照射後の電流信号の積分時間に対する空間分解能の依存性を得ることができた。例として、積分時間2μsおよび10μsにおける空間分解能はそれぞれ110ミクロンおよび240ミクロンであった。積分時間を2μsより短くすることによって空間分解能をさらに向上できることが示されたが、S/N比との間にトレードオフ関係が認められた。実際にこの方法を用いて微細テストパターンのイメージングを行い、高解像度の化学イメージが得られることを確認した。また、pH感度については、従来法と本質的に同じ値を得ることができた。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2017 2016 2015 2014

All Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] Lateral Resolution Enhancement of Pulse-driven Light-addressable Potentiometric Sensor2017

    • Author(s)
      C. F. Werner, K. Miyamoto, T. Wagner, M. J. Schoening and T. Yoshinobu
    • Journal Title

      Sensors and Actuators B

      Volume: - Pages: 961-965

    • DOI

      10.1016/j.snb.2017.02.057

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Lateral Resolution Enhancement of Pulse-Driven Light-Addressable Potentiometric Sensor2016

    • Author(s)
      C. F. Werner, T. Wagner, M. J. Schoening and T. Yoshinobu
    • Organizer
      The 16th International Meeting on Chemical Sensors (IMCS 2016)
    • Place of Presentation
      Jeju, Korea
    • Year and Date
      2016-07-10
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Lateral resolution enhancement of pulse-driven light-addressable potentiometric sensor2016

    • Author(s)
      C. F. Werner, T. Wagner, M. J. Schoening and T. Yoshinobu
    • Organizer
      The 16th International Meeting on Chemical Sensors (IMCS2016)
    • Place of Presentation
      Ramada Plaza Jeju, Jeju (Korea)
    • Year and Date
      2016-07-10
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Pulse-based Light-addressable Potentiometric Sensor for Bio/Chemical Probing Station2016

    • Author(s)
      C. F. Werner, K. Miyamoto, T. Wagner, M. J. Schoening and T. Yoshinobu
    • Organizer
      9th Meeting of Engineering of Functional Interfaces (EnFI 2016)
    • Place of Presentation
      Wildau, Germany
    • Year and Date
      2016-07-03
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] New LAPS driving method for better lateral resolutions2015

    • Author(s)
      C. F. Werner, T. Wagner, M. J. Schoening and T. Yoshinobu
    • Organizer
      Engineering of Functional Interfaces 2015 (EnFI 2015)
    • Place of Presentation
      Hannover Medical School, Hannover (Germany)
    • Year and Date
      2015-07-06
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Highly Flexible and Portable Electrochemical Imaging Station2014

    • Author(s)
      C. F. Werner, T. Yoshinobu, K. Miyamoto, M. J. Schoening and T. Wagner
    • Organizer
      10th International Symposium on Electrochemical Micro & Nanosystem Technologies (EMNT 2014)
    • Place of Presentation
      沖縄コンベンションセンター, 宜野湾市
    • Year and Date
      2014-11-05 – 2014-11-09
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

URL: 

Published: 2015-01-22   Modified: 2024-03-26  

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