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2022 年度 実績報告書

光コムの医光融合研究に立脚した新興・再興ウイルスの超高感度・迅速検出

研究課題

研究課題/領域番号 22H00303
研究機関徳島大学

研究代表者

安井 武史  徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 教授 (70314408)

研究分担者 久世 直也  徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 准教授 (50852258)
時実 悠  徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 講師 (80648931)
南川 丈夫  徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 准教授 (10637193)
藤方 潤一  徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 教授 (00869159)
坂根 亜由子  徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(医学域), 准教授 (60509777)
加治佐 平  東洋大学, 学際・融合科学研究科, 准教授 (00643123)
田上 周路  高知工科大学, システム工学群, 准教授 (80420503)
松浦 善治  大阪大学, 感染症総合教育研究拠点, 特任教授(常勤) (50157252)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワードバイオセンシング / 光コム / 屈折率センシング / マイクロ光コム
研究実績の概要

光コムの新奇特徴「光/電気周波数変換」に基づき、光コムそのものを高感度光バイオセンサーとして利用するための基礎検討として、フィバー光コム共振器内部に屈折率ファイバーセンサー(マルチモード干渉ファイバーセンサー)を配置し、電気周波数信号読み出し型の屈折率センシング光コムの構築を行った。マルチモード干渉ファイバーセンサーの屈折率依存性光コムスペクトルシフトを、共振器ファイバーの屈折率分散を介して屈折率依存性光学的共振器長に変換した。光コムの繰り返し周波数(光コム間隔)frepは、光学的共振器長の逆数で与えられるので、これを光検出することにより、屈折率依存性の電気周波数(frep)シフトとして読み出す。従来の屈折率依存性光スペクトルシフトは、スペクトル幅よりもシフト量が小さかったのに対し、この屈折率依存性電気周波数シフトにより、スペクトル幅よりもシフト量が大きくなり、これを電気周波数計測装置(周波数カウンター、スペクトラム・アナライザー)で高精度計測することにより、既存のファイバー屈折率センサーよりも高分解能の計測が可能であることを確認した。
また、ファイバー光コムよりも大幅な装置小型化が期待できるマイクロ光コム装置の設計仕様の検討を行った。装置の肝となる微小光共振器に関しては、SiN光導波路を用いたリング型共振器を利用することとし、中心波長=1550nm帯、FSR (Free Spectral Range:共振周波数間隔)=560GHz、共振器Q値=106の仕様を決定した。また、ソリトンコムの発生手法は、高速波長走査法を採用することとした。

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

研究計画で当初予定したバイオセンシング・ファイバー光コムの開発において、その基礎となる屈折率センシング光コムの構築と特性評価において良好な結果を得た。マイクロ光コムに関しては、装置の仕様決定と構築までは予定通り行ったが、基本特性評価を完了することは出来なかった。全体としては、ほぼ予定通りの進捗と判断した。

今後の研究の推進方策

屈折率センシングにおいて、センサー信号のバックグラウンド信号として、ファイバー光コム共振器長の熱的不安定性に起因する温度ドリフトがfrepシフトに重畳されて観測された。この温度ドリフトを軽減するための研究開発を行う。具体的には、歪みセンサーでよく利用されるアクティブ・ダミー温度補償法を屈折率センシング光コムに導入する。一対の屈折率センシング光コムを準備し、一方は屈折率変化と温度変化を計測するアクティブセンシング光コムとして利用し、他方を温度変化のみを計測するダミーセンシング光コムとして利用し、その両者のfrepの差周波信号を計算することにより、温度ドリフトを相殺する。
マイクロ光コムに関しては、構築した装置を用いて、先ずはカオス光コムの生成を実現する。更に、装置の最適化を行い、安定で高品質なソリトン光コムを実現し、その基本特性評価を行う。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 6件、 招待講演 2件) 備考 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Beam-angle-scanning surface plasmon resonance sensor for rapid, high-precision sensing of refractive index and bio-molecules2022

    • 著者名/発表者名
      Koresawa Hidenori、Seki Kota、Hase Eiji、Tokizane Yu、Minamikawa Takeo、Yano Taka-Aki、Kajisa Taira、Yasui Takeshi
    • 雑誌名

      Optics Continuum

      巻: 1 ページ: 565~565

    • DOI

      10.1364/OPTCON.451947

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Highly sensitive detection of nucleocapsid protein from SARS-CoV-2 using a near-infrared surface plasmon resonance sensing system2022

    • 著者名/発表者名
      Kajisa Taira、Yano Taka-aki、Koresawa Hidenori、Otsuka Kunihiro、Sakane Ayuko、Sasaki Takuya、Yasutomo Koji、Yasui Takeshi
    • 雑誌名

      Optics Continuum

      巻: 1 ページ: 2336~2336

    • DOI

      10.1364/OPTCON.472486

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] デュアル光コムバイオセンシングによるSARS-CoV-2/NP抗原の迅速・高感度検出2023

    • 著者名/発表者名
      宮村祥吾、麻植凌、仲原拓弥、 岡田昇太、田上周路、時実悠、南川丈夫、矢野隆章、大塚邦紘、坂根亜由子、佐々木卓也、安友康二、加治佐平、安井武史
    • 学会等名
      レーザー学会 学術講演会 第43回年次大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Dual-comb biosensing of SARS-CoV-2 nucleocapsid protein antigen2023

    • 著者名/発表者名
      S. Miyamura, R. Oe, T. Nakahara, S. Taue, Y. Tokizane, T. Minamikawa, T. Kajisa, and T. Yasui
    • 学会等名
      BiOS2023, Photonics West 2023
    • 国際学会
  • [学会発表] デュアル光コムバイオセンシングを用いた新型コロナウイルス検出2022

    • 著者名/発表者名
      安井武史
    • 学会等名
      レーザー学会 第570回研究会「次世代ファイバーレーザー技術」
    • 招待講演
  • [学会発表] Reduction of temperature frift in tefractive-index-sensing optical frequency comb by mechanical-sharing dual-fiber-cavity configuration2022

    • 著者名/発表者名
      S. Miyamura, R. Oe, T. Kajisa, S. Taue, T. Minamikawa, Y. Nakajima, K. Minoshima, and T. Yasui
    • 学会等名
      Conference on Lasers and Electro-Optics 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Dual-Comb Biosensing for Rapid Detection of SARS-CoV-22022

    • 著者名/発表者名
      S. Miyamura, R. Oe, T. Nakahara, S. Okada, T. Kajisa, S. Taue, Y. Tokizane, T. Minamikawa, T. Yano, K. Otsuka, A. Sakane, T. Sasaki, K. Yasutomo, and T. Yasui
    • 学会等名
      Conference on Lasers and Electro-Optics 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Beam-angle-scanning surface plasmon resonance sensor2022

    • 著者名/発表者名
      K. Seki, H. Koresawa, E. Hase, Y. Tokizane, T. Minamikawa, T. Yano, T. Kajisa, and T. Yasui
    • 学会等名
      Optica Imaging and Applied Optics Congress 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Active-dummy compensation of temperature drift in refractive-index-sensing optical comb by use of mechanically-sharing dual-comb configuration2022

    • 著者名/発表者名
      S. Miyamura, R. Oe, T. Kajisa, Y. Tokizane, T. Minamikawa, S. Taue, and T. Yasui
    • 学会等名
      15th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Rapid detection of SARS- CoV-2 nucleocapsid protein antigen by dual- comb biosensing2022

    • 著者名/発表者名
      S. Miyamura, R. Oe, T. Nakahara, S. Okada, S. Taue, Y. Tokizane, T. Minamikawa, T. Yano, K. Otsuka, A. Sakane, T. Sasaki, K. Yasutomo, T. Kajisa, and T. Yasui
    • 学会等名
      SPIE Biomedical Imaging and Sensing Conference 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] 新型コロナウイルスNタンパク抗原のデュアル光コム・バイオセンシング2022

    • 著者名/発表者名
      宮村 祥吾、麻植 凌、仲原 拓弥、岡田 昇太、加治佐 平、時実 悠、南川 丈夫、矢野 隆章、田上 周路、大塚 邦紘、坂根 亜由子、佐々木 卓也、安友 康二、安井 武史
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [備考] 徳島大学 安井研究室 ホームページ

    • URL

      http://femto.me.tokushima-u.ac.jp

  • [備考] 徳島大学 安井研究室 YouTube

    • URL

      https://www.youtube.com/@takeshiyasui2792

  • [産業財産権] 表面プラズモン共鳴センサー2022

    • 発明者名
      安井 武史, 南川 丈夫, 是澤秀紀
    • 権利者名
      徳島大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特許出願2022-89430

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公開日: 2024-12-25  

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