2019 年度研究成果報告書

中空構造を含む磁気プラズモンセンサの開発と高感度化への挑戦

研究課題

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研究課題/領域番号	18K18851
研究種目	挑戦的研究(萌芽)
配分区分	基金
審査区分	中区分21:電気電子工学およびその関連分野
研究機関	東京農工大学
研究代表者	清水大雅東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50345170)
研究期間 (年度)	2018-06-29 – 2020-03-31
キーワード	表面プラズモン共鳴 / センサ / 強磁性金属 / 中空構造
研究成果の概要	液体・気体中の分子濃度を高精度で検知する表面プラズモン共鳴(SPR)センサの3桁の感度向上を目指し、SPRセンサに強磁性金属を加えて磁気的に変調したり、中空構造を導入し中空部分の厚さの不均一さを利用した空間的変調を試みた。SPRセンサを構成する金属の一部に強磁性金属を導入することで、10のマイナス6乗の屈折率分解能が得られることや光吸収係数を含む複素屈折率を解析可能であることを明らかにした。SPRセンサにDNAを固定し、エタノールガスを検出したところ、DNAによるエタノールの吸着により信号の大きさが2~3倍大きくなることがわかった。これらの研究成果はガス種を特定したガスセンサ開発につながる。
自由記述の分野	光エレクトロニクス
研究成果の学術的意義や社会的意義	SPRセンサは屈折率変化を検知するセンサであり、金属表面に到達する分子を識別することで、分析物質を特定したセンサを実現することができる。水相におけるタンパク質の検知では、特異的に識別する抗体やアプタマーが開発されている。一方、ガス分子の識別は開発途上である。DNAを固定したSPRセンサにおいてエタノールガスの検出特性が向上したこと、および、磁気SPRセンサによるセンサデバイスの高感度化を組み合わせることで、ガス種を識別した高感度センサの実現につながる。同時にSPRセンサの出力信号を解析したことで得られたDNAによるエタノールの吸着特性（局所的濃度の上昇）は高感度化に向けて重要な研究成果である。