• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

屈折率・電荷同時検出ナノレーザセンサの開発と精神神経疾患バイオマーカ検出

研究課題

研究課題/領域番号 17J11405
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 光工学・光量子科学
研究機関横浜国立大学

研究代表者

渡邊 敬介  横浜国立大学, 工学府, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
200千円 (直接経費: 200千円)
2018年度: 100千円 (直接経費: 100千円)
2017年度: 100千円 (直接経費: 100千円)
キーワードフォトニック結晶 / GaInAsP / 表面電荷 / バイオセンサ / バイオマーカ / ラベルフリー / ナノレーザ
研究実績の概要

本研究ではGaInAsP半導体の発光が表面電荷に応答する原理に基づき、蛍光や酵素などのラベルが不要で、スペクトル分析も不要な簡易なバイオセンサを提案、実証した。前年度は、GaInAsPナノレーザを用いて、精神神経疾患のバイオマーカとして期待されるCRMP2 (Collapsin Response Mediator Protein 2) の検出を検討し、実際の医療診断で求められる濃度と同程度の検出限界濃度での検出を達成した。本年度は、さらなる高感度化と信号対雑音比の向上を目指し、GaInAsP半導体のフォトニック結晶構造に工夫を加えることによる、イオン感応性の増大の理論の構築と高性能化を図った。まず、半導体に蜂の巣構造型フォトニック結晶構造を導入し、より大きな表面積体積比と光の取り出しが得られる構造を時間領域差分法によって予測した。その結果、蜂の巣構造の1つの円孔を6つの小円孔で置換した構造が有望であることが予想された。これは、表面電荷の応答性の由来である表面再結合の変化により生じる発光強度の変化を最大化できるためである。実際にこの構造を製作し、表面電荷への応答性に対応する、溶液のpHを変えたときのシグナル変化を測定した。フォトルミネッセンス、レーザ発振光のいずれの場合においても、pH感度はフォトニック結晶パターンのない場合と比べて増大し、前者の条件において、実用上の目標値であるpH分解能0.01を達成した。レーザ発振時においては、弱励起動作で約41倍の感度増大、強励起条件では最大で約5倍の信号対雑音比の増大を確認した。以上の結果から、GaInAsP半導体のフォトニック結晶構造に工夫を加えることによる高性能化を実証し、医療診断、化学分析などの幅広い応用に有望であることを示した。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Label-free and spectral-analysis-free detection of neuropsychiatric disease biomarkers using an ion-sensitive GaInAsP nanolaser biosensor2018

    • 著者名/発表者名
      K. Watanabe, M. Nomoto, F. Nakamura, S. Hachuda, A. Sakata, T. Watanabe, Y. Goshima and T. Baba
    • 雑誌名

      Biosenors and Bioelectronics

      巻: 117 ページ: 161-167

    • DOI

      10.1016/j.bios.2018.05.059

    • NAID

      120006643666

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ion-sensitive photonic-crystal nanolaser sensors2017

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Takumi、Saijo Yoshito、Hasegawa Yu、Watanabe Keisuke、Nishijima Yoshiaki、Baba Toshihiko
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 25 号: 20 ページ: 24469-24469

    • DOI

      10.1364/oe.25.024469

    • 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
  • [学会発表] 微小円孔で構成されたGaInAsP蜂の巣構造型フォトニック結晶レーザにおけるpH感度増大2019

    • 著者名/発表者名
      渡邊敬介, 馬場俊彦
    • 学会等名
      応用物理学会春季講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] GaInAsP photonic crystal bandedge laser with high ion sensitivity2018

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Watanabe, Toshihiko Baba
    • 学会等名
      Int. Semicon. Laser Conf.
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] GaInAsP半導体フォトニック結晶スラブにおけるPL増大とイオン感応型バイオセンサ応用2018

    • 著者名/発表者名
      渡邊敬介, 馬場俊彦
    • 学会等名
      応用物理学会春季講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Ion-sensitive nanolaser for spectral-analysis-free biosensing2017

    • 著者名/発表者名
      K. Watanabe, Y. Nishijima and T, Baba
    • 学会等名
      The 24th Congress of the International Commission for Optics
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Label- and spectral-analysis-free detection of neuropsychiatric disease biomarker using ion-sensitive nanolaser2017

    • 著者名/発表者名
      K. Watanabe, T. Baba, M. Nemoto, F. Nakamura, Y. Goshima
    • 学会等名
      IEEE Sensors
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] イオン感応ナノレーザによるラベル・スペクトル分不要精神神経疾患バイオマーカ検出2017

    • 著者名/発表者名
      渡邊敬介, 野本宗孝, 中村史雄, 五嶋良郎, 馬場俊彦
    • 学会等名
      応用物理学会秋季講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] GaInAsP半導体のイオン感応性を利用したバイオセンシング・イメージング2017

    • 著者名/発表者名
      渡邊敬介, 野本宗孝, 景山達斗, 中村史雄, 福田淳二, 五嶋良郎, 馬場俊彦
    • 学会等名
      電子情報通信学会集積光デバイスと応用技術研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-05-25   更新日: 2024-03-26  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi