ナノレーザーによる超高分解能センシング

• 研究課題/領域番号: 21246014
• 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: 応用光学・量子光工学
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 馬場 俊彦 横浜国立大学, 工学研究院, 教授 (50202271)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 43,940千円 (直接経費: 33,800千円、間接経費: 10,140千円); 2011年度: 11,960千円 (直接経費: 9,200千円、間接経費: 2,760千円); 2010年度: 13,390千円 (直接経費: 10,300千円、間接経費: 3,090千円); 2009年度: 18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)
• キーワード: ナノレーザ / フォトニック結晶 / バイオフォトニクス / バイオセンシング / ラボオンチップ / GaInAsP / センシング / バイオ

研究概要

ナノスロットを有するフォトニック結晶ナノレーザーにより生体分子を高感度検出するセンサーを実現した。まず吸着が弱いBSAタンパク質に対して極低濃度255fMを検出し、従来にない高感度が示唆した。さらに吸着が強いSAタンパク質に対しては驚異的な低濃度60zMを検出し、不純物としてBSAを1μM混ぜても1aMのSAが選択検出することを示した。これは血中から極低濃度バイオマーカーを検出できるレベルであり、医療応用が有望となった。

研究成果

• [雑誌論文] Enhancement of vertical emission in photonic crystal nanolasers (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Narimatsu, S. Kita, H. Abe and T. Baba
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: vol.100, no.12 号: 12 ページ: 121117-121117
  • DOI: 10.1063/1.3696056
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photonic Crystal Nanolaser Biosensors (2012)
  • 著者名/発表者名: S.Kita, et al
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Electronics 巻: E95-C 号: 2 ページ: 188-198
  • DOI: 10.1587/transele.E95.C.188
  • NAID: 10030609774
  • ISSN: 0916-8524, 1745-1353
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonlinear enhancement in photonic crystal slow light waveguides fabricated using CMOS compatible process (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Shinkawa, N. Ishikura, Y. Hama, K. Suzuki and T. Baba
  • 雑誌名: Optics Express 巻: vol.19, no.22 号: 22 ページ: 22208-22218
  • DOI: 10.1364/oe.19.022208
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectral and polarization characteristics of photonic crystal under normally incident light and their tuning with liquid crystal control (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Inoue and T. Baba
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: vol.50, no.10 号: 10R ページ: 102203-102203
  • DOI: 10.1143/jjap.50.102203
  • NAID: 40019043738
  • 査読あり
• [雑誌論文] Super-sensitivity in label-free protein sensing using nanoslot nanolaser (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Kita, et al
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 19 号: 18 ページ: 17683-17690
  • DOI: 10.1364/oe.19.017683
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photonic crystal point-shift Nan laser with and without Nan slots-design, fabrication, lasing and sensing characteristics (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Kita, K. Nozaki, S. Hachuda, H. Watanabe, Y. Saito and T. Baba
  • 雑誌名: IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 巻: vol.17, no.6 号: 6 ページ: 1632-1647
  • DOI: 10.1109/jstqe.2011.2134837
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonlinear light propagation in chalcogenide photonic crystal slow light waveguides (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Suzuki and T. Baba
  • 雑誌名: Optics Express 巻: vo l. 18, no.25 号: 25 ページ: 26675-26685
  • DOI: 10.1364/oe.18.026675
  • NAID: 120003911332
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nan slot laser (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Kita, S. Hachuda, K. Nozaki and T. Baba
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: vol.97, no.16 号: 16 ページ: 161108-161108
  • DOI: 10.1063/1.3505139
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photonic crystal negative refractive optics (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Baba, H. Abe, T. Asatsuma, and T. Matsumoto
  • 雑誌名: Journal of Nanoscience and Nanotechnology 巻: vol.10, no.3 号: 3 ページ: 1473-1481
  • DOI: 10.1166/jnn.2010.2026
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stopping of light by the dynamic tuning of photonic crystal slow light device (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Saito, T.Baba
  • 雑誌名: Optics Express 巻: vol.18, no.16 ページ: 17141-17153
  • NAID: 120003911386
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-loss simple waveguide intersection in silicon photonics (2010)
  • 著者名/発表者名: F.Shinobu, Y.Arita, T.Baba
  • 雑誌名: Electronics Letters 巻: vol.46, no.16 ページ: 1149-1151
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanoslot laser (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Kita, S.Hachuda, K.Nozaki, T.Baba
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: vol.97, no.16 ページ: 161108-161108
  • NAID: 120003911365
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonlinear light propagation in chalcogenide photonic crystal slow light waveguides (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Suzuki, T Baba
  • 雑誌名: Optics Express 巻: vol.18, no.25 ページ: 26675-26685
  • NAID: 120003911332
  • 査読あり
• [雑誌論文] Wide range tuning of slow light pulse in SOI photonic crystal coupled waveguide via folded chirping (2010)
  • 著者名/発表者名: J.Adachi, N.Ishikura, H.Sasaki, T.Baba
  • 雑誌名: IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics vol. 16, no. 1 ページ: 192-199
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photonic crystal negative refractive optics (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Baba, H.Abe, T.Asatsuma, T.Matsumoto
  • 雑誌名: Journal of Nanoscience and Nanotechnology vol. 10, no. 3 ページ: 1473-1481
  • 査読あり
• [雑誌論文] 分散制御フォトニック結晶導波路によるスローライト (2010)
  • 著者名/発表者名: 馬場俊彦
  • 雑誌名: レーザ研究 vol. 37, no. 8 ページ: 572-577
  • NAID: 10025078397
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dispersion-controlled slow light in photonic crystal waveguides (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Baba, J. Adachi, N. Ishikura, Y. Hamachi, H. Sasaki, T. Kawasaki, and D. Mori
  • 雑誌名: Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｊａｐａｎ Ａｃａｄｅｍｙ． Ｓｅｒ． Ｂ： Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ 巻: 85 号: 10 ページ: 443-453
  • DOI: 10.2183/pjab.85.443
  • NAID: 130000149623
  • ISSN: 0386-2208, 1349-2896
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication and characterization of chalcogenide glass photonic crystal waveguides (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Suzuki, Y. Hamachi and T. Baba
  • 雑誌名: Optics Express 巻: vol.17, no.25 号: 18 ページ: 22393-22400
  • DOI: 10.1364/oe.18.018866
  • NAID: 120003911400
  • 査読あり
• [雑誌論文] Slow light with low dispersion and nonlinear enhancement in a lattice-shifted photonic crystal waveguide (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Hamachi, S. Kubo and T. Baba
  • 雑誌名: Optics Letters 巻: vol.34, no.7 号: 7 ページ: 1072-1074
  • DOI: 10.1364/ol.34.001072
  • NAID: 120003911343
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of polarization singularities at nanoscale (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Burresi, R. J. P. Engelen, A. Opheij, D. van Oosten, D. Mori, T. Baba and L. Kuipers
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: vol.102, no.3 ページ: 33902-33902
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sub wavelength structure of the evanescent field of an optical Bloch wave (2009)
  • 著者名/発表者名: R. J. P. Engelen, D. Mori, T. Baba and L. Kuipers
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: vol.102, no.2 号: 2 ページ: 23902-23902
  • DOI: 10.1103/physrevlett.102.023902
  • 査読あり
• [雑誌論文] Slow light with low dispersion and nonlinear enhancement in a lattice-shifted photonic crystal waveguide (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Hamachi, S.Kubo, T.Baba
  • 雑誌名: Optics Letters vol. 34, no. 7 ページ: 1072-1074
  • NAID: 120003911343
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication and characterization of chalcogenide glass photonic crystal waveguides (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Suzuki, Y.Hamachi, T.Baba
  • 雑誌名: Optics Express vol. 17, no. 25 ページ: 22393-22400
  • NAID: 120003911400
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dispersion-controlled slow light in photonic crystal waveguides (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Baba, J.Adachi, N.Ishikura, Y.Hamachi, H.Sasaki, T.Kawasaki, D.Mori
  • 雑誌名: Proceedings of the Japan Academy, Ser. B vol. 85, no. 10 ページ: 443-453
  • NAID: 130000149623
  • 査読あり
• [学会発表] Specific detection of protein molecules using photonic crystal nanolaser sensor (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Isono, S.Kita, S.Otsuka, S.Hachuda, N, Okamura, Y.Goshima, T.Baba
  • 学会等名: Int.Sympo.Surface Sci.
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2011-12-14
• [学会発表] Slow light and bio-sensing with photonic crystals (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Baba
  • 学会等名: IEEE Photonics Conference
  • 発表場所: Virginia
  • 年月日: 2011-10-13
• [学会発表] Slow light and bio-sensing with photonic crystals (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Baba
  • 学会等名: IEEE Photonics Soc.Annual Meet
  • 発表場所: Virginia(USA)(invited)
  • 年月日: 2011-10-13
• [学会発表] Live cell imaging using photonic crystal nanolaser array (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Abe, M.Narimatsu, S.Kita, A.Tomitaka, Y.Takemura, T.Baba
  • 学会等名: Int.Conf.Miniaturized Sys.Chem.Life Sciences
  • 発表場所: Seattle (USA)
  • 年月日: 2011-10-05
• [学会発表] Trapping of protein in nanoslot nanolaser sensor (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Kita, S.Otsuka, T.Endo, Y.Nishijima, H.Misawa, T.Baba
  • 学会等名: Int.Conf.Miniaturized Sys.Chem.Life Sciences
  • 発表場所: Seattle (USA)
  • 年月日: 2011-10-04
• [学会発表] Photonic crystal nanolasers with nanoslot structure for sensing applications (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Baba, S.Kita, H.Abe, S.Hachuda, M.Narimatsu, S.Otsuka
  • 学会等名: SPIE Optics and Photonics
  • 発表場所: San Diego(USA)(invited)
  • 年月日: 2011-08-24
• [学会発表] Photonic crystal nanolasers with nanoslot structure for sensing applications (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Baba
  • 学会等名: SPIE Optics and Photonics
  • 発表場所: San Diego
  • 年月日: 2011-08-21
• [学会発表] フォトニック結晶ナノレーザ-究極のナノスロット構造とその応用 (2011)
  • 著者名/発表者名: 馬場俊彦
  • 学会等名: 応用物理学会春季講演会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] Nano-slot photonic crystal nanolaser and its bio-sensing applications (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Baba
  • 学会等名: German-Japanese Scientific Technical Workshop on Quantum Dot and Nanoengineered Semiconductor Lasers and Nanoanalytics
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2011-02-15
• [学会発表] High-sensitivity biosensing using nanolaser (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Kita, S.Hachuda T.Endo, Y.Nishijima, H.Misawa, T Baba
  • 学会等名: IEEE Sensors Conference
  • 発表場所: Hawaii (USA)
  • 年月日: 2010-11-04
• [学会発表] Why must nanolasers be so small? (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Baba
  • 学会等名: IEEE International Semiconductor Laser Conference
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2010-09-27
• [学会発表] Nano-slit photonic crystal nanolaser with mode localization in air (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Kita
  • 学会等名: IEEE International Semiconductor Laser Conference
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2010-09-27
• [学会発表] ナノスロット構造フォトニック結晶ナノレーザを用いたバイオセンサ (2010)
  • 著者名/発表者名: 北翔太
  • 学会等名: 応用物理学会秋季講演会
  • 発表場所: 長崎
  • 年月日: 2010-09-15
• [学会発表] Bio-sensing and nonlinear enhancement using photonic crystals (2010)
  • 著者名/発表者名: T Baba, S.Kita, K.Suzuki
  • 学会等名: International Nano-Optoelectronics Workshop
  • 発表場所: Beijing (China).
  • 年月日: 2010-08-03
• [学会発表] Bio-sensing and nonlinear enhancement using photonic crystals (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Baba
  • 学会等名: IEEE International Nano-Optoelectronics Workshop(iNOW)
  • 発表場所: Beijing
  • 年月日: 2010-08-02
• [学会発表] Photonic crystal nanolaser-its fabrication, laser characteristics and bio-sensing applications (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Baba
  • 学会等名: International Conference on Laser Optics, St
  • 発表場所: Petersburg
  • 年月日: 2010-06-26
• [学会発表] フォトニック結晶ナノレーザと超高感度センシング応用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 馬場俊彦
  • 学会等名: 科学技術振興機構ワークショップ「無機発光素子を用いた高機能照明・次世代レーザ技術」
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-04-26
• [学会発表] ナノスリット構造フォトニック結晶H0ナノレーザによる高分解能バイオセンシング (2010)
  • 著者名/発表者名: 北翔太
  • 学会等名: 応用物理学会春季講演会
  • 発表場所: 茨城
  • 年月日: 2010-03-19
• [学会発表] フォトニック結晶ナノレーザによるバイオセンシング (2009)
  • 著者名/発表者名: 北翔太
  • 学会等名: 応用物理学会秋季講演会
  • 発表場所: 富山
  • 年月日: 2009-09-10
• [学会発表] Biosensing applications of photonic crystal nanolaser (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Kita, T.Baba
  • 学会等名: Int. Nano-Optoelectronics Workshop (iNOW)
  • 発表場所: Stockholm
  • 年月日: 2009-08-12
• [学会発表] Biosensing applications of photonic crystal nanolaser (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Kita
  • 学会等名: IEEE International Nano-Optoelectronics Workshop(iNOW)
  • 発表場所: Stockholm
  • 年月日: 2009-08-08
• [学会発表] Label-free biosensing utilizing ultrasmall photonic crystal nanolaser (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Kita
  • 学会等名: OSA Integrated Photonics and Nanophotonics Researches and Applications Topical Meeting
  • 発表場所: Hawaii
  • 年月日: 2009-07-13
• [学会発表] Label-free biosensing utilizing ultrasmall photonic crystal nanolaser (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Kita, Y.Nishijima, H.Misawa, T.Baba
  • 学会等名: OSA Integrated Photonics Nanophotonics Research Applications Topical Meeting
  • 発表場所: Hawaii
  • 年月日: 2009-07-13
• [学会発表] Photonic crystal nanolaser and its applications (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Baba
  • 学会等名: International Conference on Material Advanced Technology
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2009-07-01
• [学会発表] Photonic crystal nanolaser and its applications (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Baba, S.Kita, K.Nozaki
  • 学会等名: International Conference on Materials Advanced Technology
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2009-07-01
• [図書] 電子情報通信学会ハンドブック知識情報ベース (2012)
  • 著者名/発表者名: 馬場俊彦
  • 出版者: オーム社
• [図書] フォトニックナノ構造の最近の進展 (2011)
  • 著者名/発表者名: 馬場俊彦
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] フォトニックナノ構造の最近の進展 (2010)
  • 著者名/発表者名: 馬場俊彦, ほか (分担著書)
  • 総ページ数: 276
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] フォトニックナノ構造の最近の進展 (フォトニック結晶導波路とスローライト、スローライトと光バッファー応用) (2010)
  • 著者名/発表者名: 馬場俊彦
  • 出版者: CMC出版(印刷中)
• [備考]
  • URL: http://www.baba-lab.ynu.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://www.baba-lab.ynu.ac.jp/index.html
• [備考]
  • URL: http://www.baba-lab.ynu.ac.jp/index-j.html
• [備考]
  • URL: http://www.baba-lab.ynu.ac.jp/index.html
• [産業財産権] 屈折率センサおよび屈折率測定装置 (2011)
  • 発明者名: 馬場俊彦,野崎謙悟,北翔太
  • 権利者名: 横浜国立大学
  • 取得年月日: 2011-11-25
• [産業財産権] 屈折率センサおよび屈折率測定装置 (2007)
  • 発明者名: 馬場俊彦, 野崎謙悟, 北翔太
  • 権利者名: 横浜国立大学
  • 出願年月日: 2007-03-22
  • 取得年月日: 2011-11-25
• [産業財産権] 屈折率センサおよび屈折率測定装置 (2007)
  • 発明者名: 馬場俊彦, 野崎謙悟, 北翔太
  • 権利者名: 横浜国立大学
  • 出願年月日: 2007-03-22