| 研究課題/領域番号 |
20K14392
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| 研究機関 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 |
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研究代表者 |
増山 雄太 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 研究員(定常) (00814790)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 量子センサー / NVセンター / 磁性ナノ粒子 / ダイヤモンド / 量子センシング |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、ダイヤモンド量子センサにより、生体内に注入した微量の磁性粒子を検出する手法を開発することである。近年、磁性粒子の医療応用が実用化され始めており、体内に注入した磁性粒子が期待した位置へ集積する量などを検出する必要が生じている。磁性粒子の位置特定のためには、高感度な磁気センサが必要である。しかし、従来の冷凍機を用いた超伝導磁気センサ（SQUID）などは大型で高価なため、技術普及・発展の妨げとなる。そこで、室温・磁気シールドレスで動作する小型なダイヤモンド量子センサを用いた手法を開発する。
2020年度は、グラジオメーターシステムの開発および磁性粒子を励振するシステムを構築開始した。グラジオメーターは、室温・磁気シールドレスで動作する小型なダイヤモンド量子センサの実現のために最も重要な技術の1つである。本研究で構築したグラジオメーターは、1つのダイヤモンド量子センサが測定対象の信号を検出し、もう1つのダイヤモンド量子センサが環境ノイズをキャンセルするセンサーとして機能する。そして、このグラジオメーターにより、今回使用したダイヤモンド量子センサの性能の範囲では、三層のパーマロイ磁気シールドを用いた場合と同程度のをノイズ除去性能を達成したことを報告した (Y. Masuyama, et al., Sensors 21, 977 (2021).)。磁性粒子を励振するシステム構築に向けて、磁場励起コイルの設計・製作および本研究を達成可能な性能を持つバイポーラ電源の選定・購入を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
コロナ渦において、磁性粒子を励振するシステムに必要な機器の一部が納入出来なかったことから、次年度行う予定であった、グラジオメーター等の信号取得方法の改善と研究順序を交換した。本研究を遂行する上で重要であり基礎となるグラジオメーターシステムの構築が完了し、性能評価を行うことも出来た。その後、磁性粒子を励振するシステムの構築を開始し、来年度には完成・使用開始できる状態となった。このような理由から、本研究の目的である、ダイヤモンド量子センサにより、生体内に注入した微量の磁性粒子を検出する手法の開発に向け順調に研究が進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
2020年度に開始した磁性粒子を励振するシステムの構築を完成させ、磁性粒子を磁場により励振する。そして、ダイヤモンド量子センサの量子制御シーケンスを最適化し、磁性粒子から発せられる磁場の高調波信号の高感度検出を可能にすることで、磁性粒子の検出を実現させる。さらに、生体内を模した環境を用意し、その環境下での磁性粒子の応答磁場の高調波成分の周波数依存性を計測し、生体内で使いやすい周波数を検討する。並行して、微量の磁性粒子を高速で検出できるようにするために、信号取得方法のさらなる改善やダイヤモンドの材料の工夫により、量子センサの磁気感度を高めることを目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナ渦において、磁性粒子を励振するシステムに必要な機器の一部等が購入出来なかったことおよび参加予定の学会が中止になったことなどから、次年度使用額が生じた。次年度、磁性粒子を励振するシステムに必要な機器の追加購入等を行う。
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