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高放射率な光メタ表面を核心要素とする超高感度・高安定分子検出システムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 17H01066
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 光工学・光量子科学
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

岩長 祐伸  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主幹研究員 (20361066)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
43,550千円 (直接経費: 33,500千円、間接経費: 10,050千円)
2020年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
2019年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円)
2018年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円)
2017年度: 17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
キーワードメタ表面 / バイオセンサー / 蛍光検出 / 癌マーカー分子 / 抗体 / 抗原 / 核酸 / 蛍光バイオセンサー / 抗原検出 / 抗体検出 / 核酸検出 / 蛍光センシング / バイオマーカー / 分子検出 / 光バイオセンシング / 共鳴増強 / 蛍光標識 / バイオマーカー分子 / バイオセンシング / 蛍光 / 応用光学・量子光工学
研究成果の概要

蛍光増強性能に特に優れるメタ表面をバイオセンサーとして確立することを目指した。開始当時はプラズモニックメタ表面を想定していたが、誘電体や半導体のようなそのほかの材料からなるメタ表面の探索も課題として行った。その結果、早い段階で蛍光増強性能に非常に優れる全誘電体メタ表面を見出すことに成功した。本研究を通じて、抗体・抗原のタンパク質分子からDNAの核酸まで多様なバイオマーカーをメタ表面センサーという一つのプラットフォームで検出できることを示してきた。このことはメタ表面センサーがバイオセンサーとして汎用的であることを意味しており、今後様々な対象の超高感度検出において活用されるための基礎を確立した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

高感度な蛍光バイオセンサーは多様な疾患マーカーや遺伝子検査に応用することができるが、1つのプラットフォームでそのような性能を満たすバイオセンサーはこれまで実現されていなかった。今回の研究を通じて、メタ表面センサーがその要件を満たすことを実証した。超高感度かつ高スループット(短時間)検出が可能であるため、今後医療検査の迅速化や検査対象となるバイオマーカーの対象拡大にたいする社会の需要に応える検査システムが生まれることにつながる成果である。

報告書

(5件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (47件)

すべて 2021 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 1件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (25件) (うち国際学会 10件、 招待講演 14件) 備考 (6件) 産業財産権 (2件) (うち外国 1件)

  • [国際共同研究] CNRS, Sophia-Antipolis(フランス)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] CNRS, Sophia-Antipolis(フランス)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] High-Sensitivity High-Throughput Detection of Nucleic Acid Targets on Metasurface Fluorescence Biosensors2021

    • 著者名/発表者名
      Iwanaga Masanobu
    • 雑誌名

      Biosensors

      巻: 11 号: 2 ページ: 33-33

    • DOI

      10.3390/bios11020033

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] All-Dielectric Metasurface Fluorescence Biosensors for High-Sensitivity Antibody/Antigen Detection2020

    • 著者名/発表者名
      Iwanaga Masanobu
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 14 号: 12 ページ: 17458-17467

    • DOI

      10.1021/acsnano.0c07722

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Non-Empirical Large-Scale Search for Optical Metasurfaces2020

    • 著者名/発表者名
      Iwanaga Masanobu
    • 雑誌名

      Nanomaterials

      巻: 10 号: 9 ページ: 1739-1739

    • DOI

      10.3390/nano10091739

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] An Etching‐Free Approach Toward Large‐Scale Light‐Emitting Metasurfaces2019

    • 著者名/発表者名
      Briere. Gauthier、Ni Peinan、Heron Sebastien、Chenot. Sebastien、Vezian Stephane、Brandli Virginie、Damilano Benjamin、Duboz Jean‐Yves、Iwanaga Masanobu、Genevet Patrice
    • 雑誌名

      Advanced Optical Materials

      巻: 7 号: 14

    • DOI

      10.1002/adom.201801271

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] All-Dielectric Metasurfaces with High-Fluorescence-Enhancing Capability2018

    • 著者名/発表者名
      IWANAGA Masanobu
    • 雑誌名

      Applied Sciences

      巻: 8 号: 8 ページ: 1328-1328

    • DOI

      10.3390/app8081328

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Enhanced High Performance of a Metasurface Polarizer Through Numerical Analysis of the Degradation Characteristics2018

    • 著者名/発表者名
      KUROSAWA Hiroyuki、CHOI Bongseok、IWANAGA Masanobu
    • 雑誌名

      Nanoscale Research Letters

      巻: 13 号: 1

    • DOI

      10.1186/s11671-018-2627-x

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Strongly polarized emissions from selectively controlled electric- and magnetic-dipole transitions in Er3+ ions2018

    • 著者名/発表者名
      CHOI Bongseok、IWANAGA Masanobu、MIYAZAKI Hideki T.
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 号: 11 ページ: 118002-118002

    • DOI

      10.7567/jjap.57.118002

    • NAID

      210000149778

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] メタマテリアル極小光波操作素子の実現2018

    • 著者名/発表者名
      岩長祐伸
    • 雑誌名

      化学工業

      巻: 69 ページ: 18-23

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Recent progress in emittance-controlled optical metasurfaces2018

    • 著者名/発表者名
      IWANAGA Masanobu
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 1092 ページ: 012053-012053

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1092/1/012053

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonlinear optical response of embedded-semiconductor quantum dots covered by plasmonic metasurfaces2018

    • 著者名/発表者名
      IWANAGA Masanobu、MANO Takaaki、IEKDA Naoki
    • 雑誌名

      Applied Physics A

      巻: 124 号: 2

    • DOI

      10.1007/s00339-017-1548-3

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical-signal-enhancing metasurface platforms for fluorescent molecules at water-transparent near-infrared wavelengths2017

    • 著者名/発表者名
      KUROSAWA Hiroyuki、IWANAGA Masanobu
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 7 号: 59 ページ: 37076-37085

    • DOI

      10.1039/c7ra05664h

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Superlinear Photoluminescence Dynamics in Plasmon-Quantum-Dot Coupling Systems2017

    • 著者名/発表者名
      IWANAGA Masanobu、MANO Takaaki、IKEDA Naoki
    • 雑誌名

      ACS Photonics

      巻: 5 号: 3 ページ: 897-906

    • DOI

      10.1021/acsphotonics.7b01142

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 全誘電体メタ表面バイオセンサーにおける抗原・抗体の高感度検出2021

    • 著者名/発表者名
      岩長祐伸
    • 学会等名
      第 68 回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] バイオマーカー分子を高感度に蛍光検出するメタ表面センサー2020

    • 著者名/発表者名
      岩長祐伸
    • 学会等名
      次世代医療システム産業化フォーラム,
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Highly Sensitive Metasurface Biosensors Applicable for Targets from Antigen/Antibody toDNA/RNA2020

    • 著者名/発表者名
      Masanobu Iwanaga
    • 学会等名
      India-Japan Webinar on Nanotechnology
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 光メタ表面センサーにおける高感度 DNA 検出2020

    • 著者名/発表者名
      岩長祐伸
    • 学会等名
      第 81 回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] マルチターゲット検出型メタ表面バイオセンサーシステム2020

    • 著者名/発表者名
      岩長祐伸
    • 学会等名
      2020 年電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高機能フォトニクスに向けた人工平面構造の精密解析2020

    • 著者名/発表者名
      岩長祐伸
    • 学会等名
      第 7 回「京」を中核とする HPCI システム利用研究課題成果報告会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 高感度なバイオ分子検出メタ表面センサー2020

    • 著者名/発表者名
      岩長祐伸
    • 学会等名
      NIMS WEEK 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 光メタ表面センサーとウイルス検出に向けて2020

    • 著者名/発表者名
      岩長祐伸
    • 学会等名
      シンポジウム「コロナウイルス感染症とナノメディシン」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] メタ表面センサーによるバイオマーカー分子の蛍光検出2020

    • 著者名/発表者名
      岩長祐伸
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 超高感度なバイオマーカー検出のためのメタ表面センサー2020

    • 著者名/発表者名
      岩長祐伸
    • 学会等名
      電子情報通信学会 2020 年総合大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Perfect Light Absorption Technologies2019

    • 著者名/発表者名
      Iwanaga Masanobu
    • 学会等名
      IEEE 8th Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation (APCAP 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Recent progress in metasurface biosensors for highly efficient fluorescence detection2019

    • 著者名/発表者名
      Iwanaga Masanobu
    • 学会等名
      SPIE Optics + Photonics (Conference 104). Plasmonics: Design, Materials, Fabrication, Characterization, and Applications XVII
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A3 Metamaterials Forum 20192019

    • 著者名/発表者名
      Iwanaga Masanobu
    • 学会等名
      Large-scale optical metasurfaces: The designs and realization
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Recent progress in highly sensitive biosensing on optical metasurfaces2019

    • 著者名/発表者名
      Iwanaga Masanobu
    • 学会等名
      The International Symposium on Plasmonics and Nano-photonics (iSPN2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 機能性光メタ表面の機械探索2019

    • 著者名/発表者名
      岩長祐伸
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Metasurface Spectroscopic Analyzers2018

    • 著者名/発表者名
      IWANAGA Masanobu
    • 学会等名
      The 40th Progress In Electromagnetic Research Symposium (PIERS) 2018 in Toyama
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mie-Resonance-Enhancing Electric-Dipole Emissions on All-Dielectric Metasurfaces2018

    • 著者名/発表者名
      IWANAGA Masanobu
    • 学会等名
      Metamaterials’2018, The 12th International Congress on Artificial Materials for Novel Wave Phenomena
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Recent progress in emittance-controlled optical metasurfaces2018

    • 著者名/発表者名
      IWANAGA Masanobu
    • 学会等名
      METANANO 2018, The 3rd International Conference on Metamaterials and Nanophotonics
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 人工設計ナノ構造表面における光と物質の相互作用操作2018

    • 著者名/発表者名
      岩長祐伸
    • 学会等名
      第2回RIKEN-NIMS マテリアルイノベーションコアワークショップ
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] メタマテリアルと光学超解像---ハイパーレンズとその周辺---2018

    • 著者名/発表者名
      岩長祐伸
    • 学会等名
      日本学術振興会産学協力委員会「メタマテリアル」第187委員会平成30年度第2回研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光放射メタ表面の創製と応用2018

    • 著者名/発表者名
      宮崎英樹, 岩長祐伸
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会, 第38回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Metasurface Biosensors: Plasmonic vs Dielectric2018

    • 著者名/発表者名
      岩長祐伸
    • 学会等名
      第8回電磁メタマテリアル講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Plasmonic Metasurfaces: Active Functions beyond Simple Electric-Field Enhancement2017

    • 著者名/発表者名
      IWANAGA Masanobu
    • 学会等名
      The 9th International Conference on Materials for Advanced Technologies
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Nonlinear Optical Responses under Weak Excitation Regime from Embedded Quantum Dots in Semiconductors Covered by Plasmonic Metasurfaces2017

    • 著者名/発表者名
      IWANAGA Masanobu, MANO Takaaki, IKEDA Naoki
    • 学会等名
      META 2017, The 8th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 量子ドット成長基板上に作製したプラズモニックメタ表面の超線形効果2017

    • 著者名/発表者名
      岩長祐伸, 間野高明, 池田直樹
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 機関公式ページ

    • URL

      https://samurai.nims.go.jp/profiles/IWANAGA_Masanobu

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] NIMS SAMURAI site

    • URL

      https://samurai.nims.go.jp/profiles/IWANAGA_Masanobu

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 研究機関公式ウェブサイト

    • URL

      https://samurai.nims.go.jp/profiles/IWANAGA_Masanobu

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 研究代表者のウェブページ

    • URL

      https://www.nims.go.jp/nanophoto/iwanaga/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 所属機関による研究者紹介ページ

    • URL

      https://samurai.nims.go.jp/profiles/IWANAGA_Masanobu

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 研究代表者のwebページ

    • URL

      http://www.nims.go.jp/nanophoto/iwanaga/

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [産業財産権] 蛍光検出用生体分子検査チップ2020

    • 発明者名
      岩長祐伸
    • 権利者名
      物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 外国
  • [産業財産権] 蛍光検出用生体分子検査チップ2019

    • 発明者名
      岩長祐伸
    • 権利者名
      国立研究開発法人物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-04-28   更新日: 2022-01-27  

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