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SPアンテナ付SOIフォトダイオードを利用した集積化光学バイオセンサーの開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K04261
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
研究機関静岡大学

研究代表者

佐藤 弘明  静岡大学, 電子工学研究所, 助教 (00380113)

研究分担者 猪川 洋  静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (50393757)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード集積化バイオセンサー / ラベルフリー / 表面プラズモンアンテナ / SOIフォトダイオード
研究成果の概要

光学バイオセンサーの最も重要な性能指数は、検体に対する屈折率変化の測定限界(雑音等価屈折率変化)であり、本研究では1×10の-5乗 RIU (RIUは屈折率単位)を少し上回るところまで到達した。これは同種の光学バイオセンサーの性能と比肩しうる値である。また、測定の効率化のため、バイオセンサーアレイを構成したチップを実際に試作した。その近傍に温度センサーを配置し、検体温度を高精度に補償することによって、不要な信号変化を除去しながら分析できることを実証した。分子結合の検出従来は大型で複雑な測定系を要していた光学バイオセンサーにおいて、集積回路技術の特徴を活用して大幅に小型化できることを示せた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

光学バイオセンサーは、蛍光標識不要で広範囲な分子種を検出できる汎用性を有し、かつ高精度な測定を可能とするが、一方で装置が大型で測定系が複雑であることから、利用可能な現場は特定の研究組織や医療現場に限定されている。本研究では集積回路で構成可能な光学バイオセンサーを開発し、光を照射するだけの簡素な測定系で測定が可能となる。多種検体の同時測定によって測定の大幅な高スループット化も見込まれる。本研究の成果によってその兆しが見え始めた。本研究において残った課題が解決されれば、疾病の早期発見や創薬研究の効率化等、ライフサイエンス分野の研究現場に寄与しうる革新的な計測技術を提供できるはずである。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (34件)

すべて 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 5件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (27件) (うち国際学会 11件、 招待講演 1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Angular selectivity of SOI photodiode with surface plasmon antenna2020

    • 著者名/発表者名
      Nagarajan Anitharaj、Hara Shusuke、Satoh Hiroaki、Panchanathan Aruna Priya、Inokawa Hiroshi
    • 雑誌名

      IEICE Electronics Express

      巻: 17 号: 13 ページ: 20200187-20200187

    • DOI

      10.1587/elex.17.20200187

    • NAID

      130007872150

    • ISSN
      1349-2543
    • 年月日
      2020-07-10
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Angle-Sensitive Detector Based on Silicon-On-Insulator Photodiode Stacked with Surface Plasmon Antenna2020

    • 著者名/発表者名
      Nagarajan Anitharaj、Hara Shusuke、Satoh Hiroaki、Panchanathan Aruna Priya、Inokawa Hiroshi
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 20 号: 19 ページ: 5543-5543

    • DOI

      10.3390/s20195543

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Performance Comparison of SOI-Based Temperature Sensors for Room-Temperature Terahertz Antenna-Coupled Bolometers: MOSFET, PN Junction Diode and Resistor2020

    • 著者名/発表者名
      Elamaran Durgadevi、Suzuki Yuya、Satoh Hiroaki、Banerjee Amit、Hiromoto Norihisa、Inokawa Hiroshi
    • 雑誌名

      Micromachines

      巻: 11 号: 8 ページ: 718-718

    • DOI

      10.3390/mi11080718

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Optimization of electric field enhancement of Ag@SiO2 trimer nanospheres by finite difference time domain method2019

    • 著者名/発表者名
      Anitharaj Nagarajana, Aruna Priya Panchanathan, Pandian Chelliah, Hiroaki Satoh, and Hiroshi Inokawa
    • 雑誌名

      Applied Surface Science

      巻: 495 ページ: 143547-143547

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2019.143547

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Performance improvement of on-chip integrable terahertz microbolometer arrays using nanoscale meander titanium thermistor2019

    • 著者名/発表者名
      Amit Banerjee, Hiroaki Satoh, Durgadevi Elamaran, Yash Sharma, Norihisa Hiromoto, and Hiroshi Inokawa
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 125 号: 21

    • DOI

      10.1063/1.5083643

    • NAID

      120006883465

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Performance Estimation of Single-Charge Counting Photon Detectors2021

    • 著者名/発表者名
      Revathi Manivannan, Hiroaki Satoh, and Hiroshi Inokawa
    • 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] 金属ナノ微粒子膜の高周波整流特性の検討2021

    • 著者名/発表者名
      岩田賢明, 西村智紀, アルカ シン, 佐藤弘明, 猪川 洋
    • 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] Performance Improvement of THz Microbolometer by Folded-Dipole Antenna2021

    • 著者名/発表者名
      Arie Pangesti Aji, Hiroaki Satoh, Catur Apriono, Norihisa Hiromoto, and Hiroshi Inokawa
    • 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] 熱フィードバック発振器による熱伝導度・熱容量の実時間測定2021

    • 著者名/発表者名
      城取恭平, 笠原健太郎, 寄神寿明, 五井悠仁, 佐藤弘明, 猪川 洋
    • 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] High-Frequency Rectifying Characteristics of Si Nanowire Single-Electron Transistor2021

    • 著者名/発表者名
      Alka Singh, Shogo Matsumoto, Hiroaki Satoh, and Hiroshi Inokawa
    • 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] Silicon-on-insulator photodiode with surface plasmon antenna and its applications2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Satoh
    • 学会等名
      International Conference on Research and Development in Science, Engineering and Technology
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] SPアンテナ付SOIフォトダイオードを用いた生体分子間相互作用の検出における測定条件の最適化2020

    • 著者名/発表者名
      磯谷滉希、佐藤弘明、竹内 州、猪川 洋
    • 学会等名
      光・電波ワークショップ
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Polarization Dependence of Incident Angle Sensitivity in SOI Photodiode with 2D Hole Array Grating2020

    • 著者名/発表者名
      Anitharaj Nagarajan, Shusuke Hara, Hiroaki Satoh, Aruna Priya Panchanathan, and Hiroshi Inokawa
    • 学会等名
      IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop (SNW)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Photon-number Statistics Observed by SOI MOSFET Single-Photon Detector with Real-time Signal Processing2020

    • 著者名/発表者名
      Revathi Manivannan, Hiroaki Satoh, and Hiroshi Inokawa
    • 学会等名
      IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop (SNW)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Azimuth and Elevation Angle Dependence of Light Sensitivity in SOI Photodiode with Gold Grating2020

    • 著者名/発表者名
      Anitharaj Nagarajan, Shusuke Hara, Aruna Priya Panchanathan, Hiroaki Satoh, and Hiroshi Inokawa
    • 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 実施状況報告書
  • [学会発表] High-frequency Response of Si-SET: Experimental Verification2020

    • 著者名/発表者名
      Alka Singh, Tomoki Nishimura, Hiroaki Satoh, and Hiroshi Inokawa
    • 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 実施状況報告書
  • [学会発表] An FPGA-Based Real-Time Signal Processing for SOI MOSFET Single-Photon Detector2020

    • 著者名/発表者名
      Revathi Manivannan, Hiroaki Satoh, and Hiroshi Inokawa
    • 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 実施状況報告書
  • [学会発表] Optical Response of SOI Photodiode with Gold Line-and-space Grating to Biomolecular Interactions2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Satoh, Koki Isogai, and Hiroshi Inokawa
    • 学会等名
      The 42nd Photonics & Electromagnetics Research Symposium (PIERS) in Xiamen
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Study on Directivity of SOI Photodetector with 2D Hole Array Type Gold Grating2019

    • 著者名/発表者名
      Anitharaj Nagarajan, Shusuke Hara, Hiroaki Satoh, Aruna Priya Panchanathan, and Hiroshi Inokawa
    • 学会等名
      The 42nd Photonics & Electromagnetics Research Symposium (PIERS) in Xiamen
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] High-Frequency Characterization of Silicon Single-Electron Transistor as a Rectifier2019

    • 著者名/発表者名
      Alka Singh, Tomoki Nishimura, Hiroaki Satoh, and Hiroshi Inokawa
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Biomedical Engineering (ISBE 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Study on Biomolecular Interaction Observation Using Silicon-On-Insulator Photodiode with Surface Plasmon Antenna2019

    • 著者名/発表者名
      Koki Isogai, Hiroaki Satoh, and Hiroshi Inokawa
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Biomedical Engineering (ISBE 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Azimuth and Elevation Angle Dependence of SOI Photodiode Characteristics with 2D Hole Array Grating2019

    • 著者名/発表者名
      Anitharaj Nagarajan, Shusuke Hara, Hiroaki Satoh, Aruna Priya Panchanathan, and Hiroshi Inokawa
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Biomedical Engineering (ISBE 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Design and Implementation of FPGA-Based Real-Time Signal Processing for SOI MOSFET Single-Photon Detector2019

    • 著者名/発表者名
      Revathi Manivannan, Hiroaki Satoh, Hiroshi Inokawa
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Biomedical Engineering (ISBE 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 単電子トランジスタ整流器の感度と周波数特性の改善2019

    • 著者名/発表者名
      西村智紀, Alka Singh, 杉山皓慎, 佐藤弘明, 猪川 洋
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] SPアンテナ付SOIフォトダイオードを用いた生体分子間相互作用の測定における理想的性能のFDTD解析2019

    • 著者名/発表者名
      磯谷滉希, 佐藤弘明, 竹内 州, 猪川 洋
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 金属格子型SPアンテナ付SOI フォトダイオードの光感度における指向性の評価2019

    • 著者名/発表者名
      原 秀輔, ナガラジャン アニタラジ, 佐藤弘明, 猪川 洋
    • 学会等名
      光・電波ワークショップ(電子情報通信学会・光エレクトロニクス研究会)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Directivity of SOI Photodiode with Gold Surface Plasmon Antenna2019

    • 著者名/発表者名
      Anitharaj Nagarajan, Shusuke Hara, Hiroaki Satoh, Aruna Priya Panchanathan, and Hiroshi Inokawa
    • 学会等名
      2019 Silicon Nanoelectronics Workshop
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Comparative Study on 1-THz Antenna-Coupled Bolometer with Various SOI-CMOS based Temperature Sensors: MOSFET, Diode, Resistor and Thermocouple2019

    • 著者名/発表者名
      Durgadevi Elamaran, Takeo Ueta, Hiroaki Satoh, Norihisa Hiromoto, and Hiroshi Inokawa
    • 学会等名
      2019 Silicon Nanoelectronics Workshop
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Directivity for SOI Photodiode with Gold 2D Hole Array Grating2018

    • 著者名/発表者名
      Anitharaj Nagarajan, Shusuke Hara, Hiroaki Satoh, Aruna Priya Panchanathan, Hiroshi Inokawa
    • 学会等名
      31st International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Refractive Index Measurement with Surface Plasmon Antenna on Photodiode and its Application to Biosensing2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Inokawa, Hiroaki Satoh, Taiki Aso, Ryosuke Hayashi, Shu Takeuchi
    • 学会等名
      The 3nd International Symposium on Biomedical Engineering
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 表面プラズモンアンテナ付SOIフォトダイオードを用いた 屈折率測定における温度補償方法の検討2018

    • 著者名/発表者名
      林 凌佑、佐藤弘明、竹内 州、猪川 洋
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Analysis of Directivity for SOI Photodiode with Gold Line-and-space Grating2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Satoh, and Hiroshi Inokawa
    • 学会等名
      PIERS (Progress In Electromagnetics Research Symposium) 2018 in Toyama
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [備考] 静岡大学教員データベース

    • URL

      https://tdb.shizuoka.ac.jp/ResearcherDB/public/Default2.aspx?id=10821&l=0

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 静岡大学教員データベース

    • URL

      https://tdb.shizuoka.ac.jp/ResearcherDB/public/Default2.aspx?id=10821

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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