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2022 年度 実績報告書

フィルタフリーハイパースペクトルイメージセンサの開発と応用

研究課題

研究課題/領域番号 20K14790
研究機関豊橋技術科学大学

研究代表者

崔 容俊  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80868828)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワードフィルタフリー波長検出センサ / LSPR / クロロフィル計測 / 蛍光検出 / 波長検出 / イメージセンサ
研究実績の概要

光強度と波長情報を二次元可視化するフィルタレス波長イメージセンサの製作した.10×10にアレイされたセンサを列と行方向で制御可能な読み出し回路設計し,本学のLSI工場にて5.0μmルールのCMOSプロセスで製作した.アレイセンサは1nmの波長を識別できることを確認した.複数の蛍光を同時に検出する多重蛍光染色などの細胞分析などの応用に期待される.
令和3年度まで製作したフィルタフリー波長センサは光波長による電流比率は,各波長(λ:450-800nm)のシリコンへの吸収深さに依存しており,これらの結果を用いて応用研究を行った.①3種類の蛍光試薬に励起光を照射し,センサの電流比率から各蛍光試薬の定量化に成功した.②分子の吸着によるLSPRバイオセンサの透過スペクトル変化を計測することで,ウイルスの検出が可能な新しいバイオセンサシステムの検討を行った.COVID-19のS-protein RBDの検出を行い,100 pg/mlから10 ng/mlの濃度変化に伴い,センサにおいて0.012から0.094までの出力電流比率の変化が得られ,提案するシステム用いてS-protein RBDの定量測定が可能であることが実証された.③レジオネラ属菌の識別の検討を行った.青色蛍光を発するLegionella dumoffii,赤色蛍光を発するLegionella erythraの蛍光強度の時間依存性をこのセンサで観測することに成功した.④農業現場での応用に向けた小型クロロフィル測定システムを提案・製作し,Chl a/bの計測を行った.トマトの葉からChlを抽出し,透過光スペクトルとセンサ電流比率を比較した結果,Chl a/bの違いによる透過光スペクトルの重心波長に応じたセンサ特性の相関性が検証された.

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Proposal of compact LSPR sensor system by filter-free wavelength sensor2023

    • 著者名/発表者名
      Choi Yong-Joon、Tsugumi Sakae、Tomoya Ide、Takahashi Kazuhiro、Noda Toshihiko、Sawada Kazuaki
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 16 ページ: 012012~012012

    • DOI

      10.35848/1882-0786/acae69

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Physical Sensors: Fluorescence Sensors2023

    • 著者名/発表者名
      Choi Yong-Joon、Sawada Kazuaki
    • 雑誌名

      Encyclopedia of Sensors and Biosensors, ELSEVIER

      巻: 1 ページ: 1~19

    • DOI

      10.1016/b978-0-12-822548-6.00095-9

    • 国際共著
  • [雑誌論文] Proposal of leaf chlorophyll content and its a/b ratio measurement method using a filter-free multiple wavelength sensor2022

    • 著者名/発表者名
      Choi Yong-Joon、Watanabe Nobuhiro、Takahashi Kazuhiro、Toda Seitaro、Takayama Kotaro、Noda Toshihiko、Sawada Kazuaki
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 61 ページ: SD1041~SD1041

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac6387

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Demonstrating a Filter-Free Wavelength Sensor with Double-Well Structure and Its Application2022

    • 著者名/発表者名
      Choi Yong-Joon、Nakano Kakeru、Ide Tomoya、Sakae Tsugumi、Ichikawa Ryosuke、Hizawa Takeshi、Akai Daisuke、Takahashi Kazuhiro、Noda Toshihiko、Sawada Kazuaki
    • 雑誌名

      Biosensors

      巻: 12 ページ: 1033~1033

    • DOI

      10.3390/bios12111033

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] アレイ化に向けたフィルタフリー波長センサの画素構造の検討と製作2023

    • 著者名/発表者名
      松原 稜弥, 崔 容俊, 井出 智也, 木村 安行,飛沢 健,高橋 一浩, 野田 俊彦, 澤田 和明
    • 学会等名
      第70回 応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Development of compact chlorophyll measurement system by filter-free wavelength sensor for agriculture2023

    • 著者名/発表者名
      壬生 龍真, 市川 亮介, 崔 容俊, 戸田 清太郎, 髙橋 一浩, 髙山 弘太郎, 野田 俊彦, 澤田 和明
    • 学会等名
      第70回 応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 二重拡散well構造を有するフィルタフリー波長検出センサの検証と応用2022

    • 著者名/発表者名
      仲野 翔, 崔 容俊, 井出 智也, 髙橋 一浩, 野田 俊彦, 澤田 和明
    • 学会等名
      第39回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム 電気学会
  • [学会発表] フィルターフリー波長センサによる小型LSPRウイルス検出システムの提案と実証2022

    • 著者名/発表者名
      坂江 亜弥, 崔 容俊, 井出 智也, 髙橋 一浩, 野田 俊彦, 澤田 和明
    • 学会等名
      第39回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム 電気学会
  • [学会発表] フィルタフリー波長センサによるクロロフィルa/b計測システムの提案と検証2022

    • 著者名/発表者名
      市川 亮介, 崔 容俊, 戸田 清太郎, 髙橋 一浩, 髙山 弘太郎, 野田 俊彦, 澤田 和明
    • 学会等名
      第39回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム 電気学会
  • [学会発表] 波長情報を可視化するCMOSイメージセンサの開発と実証2022

    • 著者名/発表者名
      井出 智也, 崔 容俊, 仲野 翔, 坂江 亜弥, 松原 稜弥, 木村 安行, 飛沢 健, 高橋 一浩, 石井 仁, 野田 俊彦, 澤田 和明
    • 学会等名
      第39回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム 電気学会
  • [学会発表] Proposal of a Virus Detection System using Localized Surface Plasmon Resonance with Filter-Free Wavelength Sensor2022

    • 著者名/発表者名
      Tsugumi Sakae, Yong-Joon Choi, Tomoya Ide, Kazuhiro Takahashi, Toshiaki Noda, Kazuaki Sawada
    • 学会等名
      Asia-Pacific Conference of Transducers and Micro-Nano Technology 2022 (APCOT 2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] Proposal of Chlorophyll a/b Measurement System using Filter-Free Wavelength Sensor2022

    • 著者名/発表者名
      Ruosuke Ichikawa, Yong-Joon Choi, Nobuhiro Watanabe, Seitaro Toda, Kazuhiro Takahashi, Kotaro Takayama, Toshiaki Noda, Kazuaki Sawada
    • 学会等名
      Asia-Pacific Conference of Transducers and Micro-Nano Technology 2022 (APCOT 2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] Proposal of Filter-Free Wavelength Identification Sensor with Triple-well Structure2022

    • 著者名/発表者名
      Kakeru Nakano, Yong-Joon Choi, Tomoya Ide, Kazuhiro Takahashi, Toshiaki Noda, Kazuaki Sawada
    • 学会等名
      Asia-Pacific Conference of Transducers and Micro-Nano Technology 2022 (APCOT 2022)
    • 国際学会
  • [備考] 豊橋技術科学大学 電気・電子情報工学系 集積化バイオセンサ・MEMSグループ

    • URL

      https://int.ee.tut.ac.jp/bio/works

  • [産業財産権] 半導体光センサを用いた光波長の特定方法2023

    • 発明者名
      崔 容俊
    • 権利者名
      崔 容俊
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2023-077131

URL: 

公開日: 2023-12-25  

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