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2015 年度 実績報告書

半導体デバイスを応用した分析チップ用高解像度化学イメージングシステム

研究課題

研究課題/領域番号 14F04037
研究機関東北大学

研究代表者

吉信 達夫  東北大学, 医工学研究科, 教授 (30243265)

研究分担者 WERNER CARL FREDERIK  東北大学, 医工学研究科, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2017-03-31
キーワード化学センサ / LAPS / 化学イメージセンサ
研究実績の概要

微小流体デバイス等に組み込み可能なイオンセンサとして期待される light-addressable potentiometric sensor (LAPS) を用いた化学イメージングシステムにおいて、空間分解能を向上させる新しい原理の実証を行った。
従来のLAPSでは、半導体センサ基板上の光照射位置で発生したフォトキャリアが面内方向に拡散するために空間分解能が制限されていた。本研究で提案する方法では、単一パルス光照射後、電流波形を時間分解的に取得する。パルス照射後、光照射点を中心としてフォトキャリアの拡散が起こるため、初期の電流波形は照射点近傍のイオン濃度のみを反映したものとなることが期待される。
本年度は、半導体センサ基板に 200 nsのパルス光を照射して、サンプリング周波数 125 MHzで電流波形を記録できるシステムを完成させ、これを用いて空間分解能向上の原理実証実験を行った。パルス照射後、10μs後までの電流波形のみを用いてイメージングを行ったところ、従来に比べて空間分解能を約7.5倍向上させることができた。
さらにデバイスシミュレータを用いた計算においてもこの効果を確認することができたので、今後さまざまなパラメータをデバイスシミュレータ上で変化させることにより、空間分解能をさらに向上させるための指針を得ることができるものと期待される。
開発した新原理のイメージングシステムを微小流体デバイスに応用するため、半導体センサ基板上に微小流体デバイスを構築するリソグラフィプロセスを開発した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究の最も重要な着眼点であった、新しい原理によるセンサ空間分解能の向上を実験およびシミュレーションによって実証できた。さらに、これを微小流体デバイスに適用する準備も整ったため、最終年度に所期の目的を達成できるものと期待される。

今後の研究の推進方策

化学イメージングシステムの空間分解能をさらに向上させるため、デバイスシミュレータを用いて各種パラメータの最適化を行う。また、開発した高分解能システムを微小流体デバイス内の化学イメージングに応用し、その有用性を実証する。

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2016 2015

すべて 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件)

  • [学会発表] Lateral resolution enhancement of pulse-driven light-addressable potentiometric sensor2016

    • 著者名/発表者名
      C. F. Werner, T. Wagner, M. J. Schoening and T. Yoshinobu
    • 学会等名
      The 16th International Meeting on Chemical Sensors (IMCS2016)
    • 発表場所
      Ramada Plaza Jeju, Jeju (Korea)
    • 年月日
      2016-07-10 – 2016-07-13
    • 国際学会
  • [学会発表] New LAPS driving method for better lateral resolutions2015

    • 著者名/発表者名
      C. F. Werner, T. Wagner, M. J. Schoening and T. Yoshinobu
    • 学会等名
      Engineering of Functional Interfaces 2015 (EnFI 2015)
    • 発表場所
      Hannover Medical School, Hannover (Germany)
    • 年月日
      2015-07-06 – 2015-07-07
    • 国際学会

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公開日: 2016-12-27  

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