| 研究課題/領域番号 |
20J23726
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| 研究機関 | 大阪府立大学 |
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研究代表者 |
川崎 大輝 大阪府立大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| キーワード | プラズモニクス / ナノフォトニクス / 光センサ |
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| 研究実績の概要 |
本年度は、フォトニック結晶/金ナノ粒子ハイブリッドセンサの基礎特性とセンサ有用性の評価を目的とした。まず、フォトニック結晶スラブ構造と金ナノ粒子のハイブリッド構造の作製条件を検討した。金ナノ粒子のフォトニック結晶上への能動的担持・制御可能であることを明らかにした。また、ハイブリッド構造の光学特性を実験・理論の両面から検討・評価し、両者の整合性を確認した。同時に、DNA(認知症関連マーカー)検出感度を実験により評価し、光学特性とセンサ感度の相関・支配的なパラメータに関する検討から、クオリティファクター・電場増強度とセンサ感度の相関を明らかにした。この結果から、ハイブリッド構造のセンサ性能は金ナノ粒子と比較して約600倍であることが明らかとなった。続いて、感度極大となるハイブリッド構造を用いて、1塩基ミスマッチDNAと相補鎖DNAの同定能、及び検出限界を評価した。結果、1 pMのDNA濃度条件で十分な同定能を有し、検出限界2.7 aM(~1000分子)を達成した。一般的な光学顕微鏡を利用した簡単な測定系による高感度DNA検出技術は医学研究への展開において極めて意義深い。本研究の重要な点は、光学特性とセンサ感度の相関を理論的、実験的に明らかにしたことである。その相関からクオリティファクターと増強度の向上がセンサ感度向上に繋がることを見出し、今後の研究の展開に明確な指針が示された。
付随して、本年度はフォトニック結晶技術を利用して、イオン応答性色素液体薄膜との複合構造とカルシウムイオン検出における感度の劇的向上に関する研究成果を学術誌(Sci. Rep.)にて報告した。さらに、昨今の状況を踏まえ、フォトニック結晶を利用したSARS-CoV-2のスマートフォンによる検出に関する検討も実施した。高感度(fg/mlオーダー)・迅速(30分) ・簡便・安価(100円/回)の検出を達成した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本年度はコロナ渦による自粛要請や在宅ワーク推進により、研究作業に充てられる時間が半減したことが第一の理由である。また、申請者の研究は次世代光センサやバイオセンサの創生を主題としている。この文脈において、昨今の状況を見渡すと、コロナウイルスによる社会への影響を無視することは不可能であり、工学研究者として、状況を改善するための技術を創造し社会還元するという社会的責務があると考えている。そこで、コロナウイルスのスマホ検出に関する研究に本年度の一部の時間を割り当てたことも、多少、研究進捗の遅れに繋がった。これは、センサ創生という研究活動の文脈で、長期/短期様々なスパンでの研究活動の展開を考慮したものである。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究の次の段階であるフォトニック結晶ナノ共振器(PCN)/金ナノ粒子ハイブリッド構造の光学特性最適化のための設計は完了している。本構造は、昨年度のハイブリッド構造と比較して、100倍以上のセンサ性能向上が見込まれる。また、本構造を利用した測定系の構築にも取り組んできている。R3年度は、設計したモデルをもとに作製条件の検討を進めていく。申請当初、作製条件として複数の可能性を用意していたが、昨今の時間的制約の不透明性を考慮して、最短ルートで単分子相応のメチル化DNA検出を達成することを重視する。これに際して、作製可能な構造の最適化、高感度、高精度測定系の構築については、研究推進過程で適宜、遂行していくものとする。
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