Development of terahertz spectroscopic detection at high spatial resolution and high sensitivity for separation analysis with narrow flow channel devices

• Project/Area Number: 17H03252
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Electron device/Electronic equipment
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: KITAGISHI Keiko 大阪大学, レーザー科学研究所, 特任研究員 (20563860)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川山 巌 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (10332264) ; 川井 隆之 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 客員研究員 (60738962)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000); Fiscal Year 2019: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2018: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000); Fiscal Year 2017: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
• Keywords: テラヘルツ / キャピラリー電気泳動 / マイクロ流路 / 高感度微量分析 / マイクロチップ / テラヘルツ/赤外材料・素子 / マイクロ・ナノデバイス

Outline of Final Research Achievements

Localized terahertz emission spectroscopy with high spatial resolution and high sensitivity was applied to the new detection method for separation analysis by using micro flow channel devices. As micro flow channel devices, disposable microchip made of polydimethyl siloxane (PDMS) and quartz capillaries were used. The samples analyzed were aqueous solutions of sugars and low-molecular weight carboxylic acids which did not show characteristic spectra in UV/Vis region. The separation and terahertz detection of low-molecular weight carboxylic acids could be achieved by capillary electrophoresis.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

広く生体内に存在する糖類、低分子カルボン酸類には可視・紫外部に吸収がないため、その分析には発色団の化学修飾が用いられることが多い。今回の局所場テラヘルツを利用した高感度検出法の開発とマイクロ流路デバイスとの組み合わせにより、前処理なしに、糖類、低分子カルボン酸類が検出できるようになった。一般にテラヘルツ領域では水の吸収が強く、生体系への応用は難しかったが、今回の検出法でその可能性が証明され、生体試料をそのまま分離分析して検出する方向性が拓かれた。

Research Products

• [Journal Article] Terahertz Spectroscopy Tracks Proteolysis by a Joint Analysis of Absorptance and Debye Model (2020)
  • Author(s): C. Cao, K. Serita, K. Kitagishi, Z. Zhang, H. Murakami, M. Tonouchi
  • Journal Title: Biophysical Journal Volume: 119 Issue: 12 Pages: 2469-2482
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2020.11.003
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 最新のテラヘルツ測定技術 (2018)
  • Author(s): 北岸恵子、芹田和則
  • Journal Title: オレオサイエンス Volume: 18 Pages: 13-18
  • NAID: 130007700782
• [Journal Article] 高空間分解能、高感度テラヘルツ分光のバイオ分野への応用の試み (2018)
  • Author(s): 北岸恵子
  • Journal Title: 生産と技術 Volume: 69 Pages: 98-100
  • NAID: 40021176643
• [Presentation] テラヘルツ分光によるキャピラリー電気泳動オンライン検出：ARコートDAST結晶、管壁エッチングキャピラリーによる高感度化の試み (2020)
  • Author(s): 北岸恵子, 芹田和則, 内田裕久, 小山千瑳, 高木毅, 川井隆之, 斗内政吉
  • Organizer: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] キャピラリー電気泳動のテラヘルツ分光オンライン検出:ARコートDAST結晶、管壁エッチングキャピラリーを用いた高感度化 (2020)
  • Author(s): 北岸 恵子, 芹田 和則, 内田 裕久, 小山 千瑳, 高木 毅, 川井 隆之, 斗内 政吉
  • Organizer: 第81回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] カルボン酸のキャピラリー電気泳動分析ー電気化学検出とテラヘルツ分光検出 (2019)
  • Author(s): 北岸恵子、斗内政吉
  • Organizer: 第39回キャピラリー電気泳動シンポジウム
• [Presentation] ARコートDAST結晶のTHz時間領域分光法を用いた評価 (2019)
  • Author(s): 北岸恵子、芹田和則、内田裕久、小山千瑳、高木毅、斗内政吉
  • Organizer: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] カルボン酸のキャピラリー電気泳動分析－電気化学検出とテラヘルツ分光検出 (2019)
  • Author(s): 北岸恵子、斗内政吉
  • Organizer: 2019年度第39回キャピラリー電気泳動シンポジウム
• [Presentation] ARコートDAST結晶のTHz時間領域分光法を用いた評価 (2019)
  • Author(s): 北岸恵子，芹田和則，内田裕久，小山千瑳，高木毅，斗内政吉
  • Organizer: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] PDMSマイクロチップ流路一体型テラヘルツチップの開発と微量溶液測定 (2018)
  • Author(s): 芹田和則、北岸恵子、田家稜平、川井隆之、村上博成、斗内政吉
  • Organizer: 38th CHEMINAS（化学とマイクロ・ナノシステム学会）
• [Presentation] Development of PDMS Microchannel Integrated Type Terahertz Chip (2018)
  • Author(s): R. Taie, K. Serita, K. Kitagishi, T. Kawai, I. Kawayama, H. Murakami, M. Tonouchi
  • Organizer: IRMMW-THz2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] キャピラリー電気泳動－テラヘルツ分光検出法の実現に向けた試み (2018)
  • Author(s): 北岸恵子, 芹田和則, 川井隆之, 斗内政吉
  • Organizer: 第38回 キャピラリー電気泳動シンポジウム
• [Presentation] カルボン酸のテラヘルツ分光による分析 (2018)
  • Author(s): 北岸恵子, 芹田和則, 川井隆之, 斗内政吉
  • Organizer: 日本生物高分子学会年会
• [Presentation] キャピラリーを用いた分離分析へのテラヘルツ分光検出の試み (2)サイズの異なるキャピラリーでの測定 (2018)
  • Author(s): 北岸恵子, 芹田和則, 川井 隆之, 斗内政吉
  • Organizer: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] キャピラリーやμ-TASを用いたテラヘルツ分光のバイオ応用の試み (2017)
  • Author(s): 北岸恵子，芹田 和則，濱田 輝，川井 隆之，斗内 政吉
  • Organizer: 日本生物高分子学会
• [Presentation] マイクロ流路を用いた生体試料分析への近接場テラヘルツ分光検出法の応用の試み (2017)
  • Author(s): 北岸恵子、芹田和則、濱田輝、川井隆之、川山巌、斗内政吉
  • Organizer: キャピラリー電気泳動シンポジウム
• [Presentation] Application of terahertz near-field spectroscopic detection to micro-flow channels with high sensitivity for biological sample analyses (2017)
  • Author(s): ,Keiko Kitagishi, Kazunori Serita, Kagayaki Hamada, Takayuki Kawai, Iwao Kawayama, Masayoshi Tonouchi
  • Organizer: OTST2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] テラヘルツ分光に適した新規マイクロ流路デバイス作製の試み (2017)
  • Author(s): 芹田 和則，濱田 輝，北岸 恵子，斗内 政吉，川井隆之
  • Organizer: 日本応用物理学会秋季学術講演会
• [Book] テラヘルツ技術の進展と非破壊検査技術 (2018)
  • Author(s): 電気学会技術報告-テラヘルツ波を用いた非破壊検査技術調査専門委員会
  • Total Pages: 63
  • Publisher: 電気学会
• [Patent(Industrial Property Rights)] 測定システム、及びテラヘルツ波発生デバイス (2020)
  • Inventor(s): 北岸恵子、芹田和則、村上博成、斗内政吉
  • Industrial Property Rights Holder: 北岸恵子、芹田和則、村上博成、斗内政吉
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2020-034253
  • Filing Date: 2020