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2013 年度 実績報告書

波動光学に基づいた拡張ナノ空間のための熱レンズ検出デバイスの創出

研究課題

研究課題/領域番号 25248033
研究種目

基盤研究(A)

研究機関東京大学

研究代表者

北森 武彦  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60214821)

研究分担者 嘉副 裕  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20600919)
馬渡 和真  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60415974)
清水 久史  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60631281)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード熱レンズ顕微鏡 / 拡張ナノ空間 / マイクロ・ナノ化学デバイス
研究概要

本研究は、10-1000nmスケールの空間(拡張ナノ空間)中の非蛍光分子を波動光学原理を用いて検出するデバイスの開発を目的とする。研究代表者らはこれまでに、熱レンズ顕微鏡に微分干渉観察法の原理を導入することにより光の波長よりも小さい空間で非蛍光分子を高感度に測定可能な微分干渉熱レンズ顕微鏡(DIC-TLM)を開発してきた。本研究ではこれをデバイス化することを目指し、ガラス基板上にMach-Zehnder干渉計型の光導波路を作製し、一方の導波路に熱レンズ効果を発生させ、これを干渉によって検出するデバイスを開発する。
平成25年度は、デバイスの作製と原理検証に取り組んだ。フェムト秒レーザを用いて作製したMach-Zehnder干渉計型の光導波路を有するガラス基板と、UVフォトリソグラフィおよびプラズマエッチングを用いて作製したマイクロ流路(深さ5 m)を有するガラス基板を当研究室で独自に開発した低温接合法で接合することによりデバイスを作製した。光ファイバを用いて入口側からレーザ光(プローブ光)を導入したところ、出口側で導波したプローブ光を検出することに成功した。従って、低温で基板同士を接合することによって光導波路の機能を損なうことなくデバイスを作製することに初めて成功した。次に、マイクロ流路内に非蛍光色素水溶液を導入し、別のレーザ光(励起光)で加熱して熱レンズ効果の検出を試みた。その結果、励起光照射時のみプローブ光の強度変化(信号)が観察され、かつ信号は試料濃度に比例していた。この結果より、熱レンズ効果の検出というデバイスの原理検証に初めて成功した。
以上の結果は、光導波路および波動光学原理を用いて熱レンズ効果を検出した初めての成果である。DIC-TLMと同様に波動光学原理に基づいていることから、今後波長よりも小さい拡張ナノ空間での測定可能なデバイスが開発できると期待できる。

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

当初の計画では光導波路の作製にイオン注入法を利用する予定であったが、光導波路のサイズ、位置制御が困難であることから、簡便に製作可能なフェムト秒レーザ法を用いて原理検証を実施した。しかしながら、今年度に予定していた低温接合によるデバイスの作製および原理検証の両方に成功していることから、進捗状況は予定通りと評価できる。

今後の研究の推進方策

今後は感度を向上するために導波路の位置およびサイズを制御することが課題となる。平成25年度に実施したフェムト秒レーザ加工法の他に、MEMS技術を利用した製作法なども検討し、比較しながら研究を推進していく。

  • 研究成果

    (24件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (20件) (うち招待講演 17件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Thermal Lens Microscopy as a Detector in Microdevices2014

    • 著者名/発表者名
      Christopher L. Cassano, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamkori, Z. Hugh Fan
    • 雑誌名

      Electrophoresis

      巻: in press ページ: in press

    • DOI

      10.1002/elps.201300430

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Extended-nanofluidics: Fundamental Technologies, Unique liquid properties, and Application in Novel Chemical and Bio Analysis Methods and Devices2014

    • 著者名/発表者名
      Kazuma Mawatari, Yutaka Kazoe, Hisashi Shimizu, Yuriy Pihosh, Takehiko Kitamori
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: in press ページ: in press

    • DOI

      10.1021/ac4026303

    • 査読あり
  • [雑誌論文] FORMATION OF PRESSURE DRIVEN PARALLEL AQU/ORG TWO PHASE FLOW IN EXTENDED-NANO SPACE BY A FIB-BASED PARTIAL HYDROPHOBIC MODIFICATION METHOD2013

    • 著者名/発表者名
      Takuya Ugajin, Yutaka Kazoe, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • 雑誌名

      Proceedings of MicroTAS 2013

      巻: 1 ページ: 74-76

    • DOI

      none

    • 査読あり
  • [学会発表] Single molecule immunoassay utilizing nanofluidics2014

    • 著者名/発表者名
      Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      PITTCON 2014
    • 発表場所
      Chicago, USA
    • 年月日
      20140302-20140306
    • 招待講演
  • [学会発表] FIBを用いた拡張ナノ空間における疎水部分修飾法の開発と平行二相流の形成2013

    • 著者名/発表者名
      宇賀神 拓也・嘉副 裕・馬渡和真・北森武彦
    • 学会等名
      第28回化学とマイクロ・ナノシステム研究会
    • 発表場所
      イーグレひめじ あいめっせホール、兵庫
    • 年月日
      20131205-20131206
  • [学会発表] Technology and Science of Micro/Extended-Nano Fluidics for Novel Functional Devices2013

    • 著者名/発表者名
      Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      International Symposium on Single Biomolecule Analysis 2013
    • 発表場所
      京都ハイアット・リージェンシー、京都
    • 年月日
      20131121-20131122
    • 招待講演
  • [学会発表] Surface Control for Extended-Nano Fluidics for Liquid Phase Separation2013

    • 著者名/発表者名
      Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      The 40th International Symposium on High-Performance-Liquid-Phase Separations and Related Technique (HPLC2013)
    • 発表場所
      Hobart, Australia
    • 年月日
      20131118-20131121
    • 招待講演
  • [学会発表] Surface Modification of Extended-Nano Fluidic Devices and femto-Liter Immunoassay2013

    • 著者名/発表者名
      Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      9th International Forum on Post-Genome Technologies
    • 発表場所
      Shenzhen, China
    • 年月日
      20131107-20131108
    • 招待講演
  • [学会発表] FORMATION OF PRESSURE DRIVEN PARALLEL AQU/ORG TWO PHASE FLOW IN EXTENDED-NANO SPACE BY A FIB-BASED PARTIAL HYDROPHOBIC MODIFICATION METHOD2013

    • 著者名/発表者名
      Takuya Ugajin, Yutaka Kazoe, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      The 17th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (microTAS2013)
    • 発表場所
      Freiburg, Germany
    • 年月日
      20131027-20131031
  • [学会発表] 拡張ナノ空間の疎水部分修飾と平行二相流の形成2013

    • 著者名/発表者名
      宇賀神拓也・嘉副裕・馬渡和真・北森武彦
    • 学会等名
      第3回CSJ化学フェスタ2013
    • 発表場所
      タワーホール船堀、東京
    • 年月日
      20131021-20131023
  • [学会発表] Surface Modification of Chanel Inside for Analytical Application of Extended-Nano Fluidics2013

    • 著者名/発表者名
      Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      20th International Symposium on Electro- and Liquid-Phase Separation Techniques
    • 発表場所
      Canary Island, Spain
    • 年月日
      20131006-20131009
    • 招待講演
  • [学会発表] Thermal lens microcopy for micro and extended-nano fluidics2013

    • 著者名/発表者名
      Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      Dasan conference 2013
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 年月日
      20130925-20130927
    • 招待講演
  • [学会発表] Extended-Nano Fluidic Device Technology for Chemistry and Analysis2013

    • 著者名/発表者名
      Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      ASIANALYSIS XII
    • 発表場所
      九州大学馬出キャンパス、福岡
    • 年月日
      20130821-20130823
    • 招待講演
  • [学会発表] Science and Device Technology of Extended-Nano Fluidics2013

    • 著者名/発表者名
      Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      15th Asian Chemical Congress
    • 発表場所
      Singapore, Singapore
    • 年月日
      20130821-20130823
    • 招待講演
  • [学会発表] Technology and Science of Micro and Extended-Nano Fluidics for Novel Functional Devices2013

    • 著者名/発表者名
      Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      Symposium of Beijing University of Chemical Technology
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      20130712-20130713
    • 招待講演
  • [学会発表] Extended-Nano Fluidics for Novel Functional Devices2013

    • 著者名/発表者名
      Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      The 5th International Symposium on Microchemistry and Microsystems (ISMM 2013)
    • 発表場所
      Xiamen, China
    • 年月日
      20130516-20130519
    • 招待講演
  • [学会発表] Micro and Extended-Nano Fluidics for Chemistry and Novel Functional Devices2013

    • 著者名/発表者名
      Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      The 2nd conference Implementation of Microreactor Technology in Biotechnology
    • 発表場所
      Dubrovnik, Croatia
    • 年月日
      20130505-20130508
    • 招待講演
  • [学会発表] Micro and Extended-Nano Fluidic Device Technology for Bioanalysis2013

    • 著者名/発表者名
      Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      International Symposium on Bio-sensing & Imaging
    • 発表場所
      Ulsan, Korea
    • 年月日
      20130502-20130503
    • 招待講演
  • [学会発表] Technology and Science in Micro/Extended-Nano Fluidic Devices2013

    • 著者名/発表者名
      Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      4th Australia and New Zealand Micro/Nanofluidics Symposium and Student Workshop
    • 発表場所
      Adelaide, Australia
    • 年月日
      20130422-20130424
    • 招待講演
  • [学会発表] Extended-nano fluidics and chemistry2013

    • 著者名/発表者名
      Kazuma Mawatari
    • 学会等名
      4th Australia and New Zealand Micro/Nanofluidics Symposium and Student Workshop
    • 発表場所
      Adelaide, Australia
    • 年月日
      20130422-20130424
    • 招待講演
  • [学会発表] Micro and Extended-Nano Fluidic Devices for Chemistry and Life Science

    • 著者名/発表者名
      北森武彦
    • 学会等名
      Integrating Chemistry and Biology symposium
    • 発表場所
      英国大使館、東京
    • 招待講演
  • [学会発表] 拡張ナノ空間を用いたaL-fL分析デバイスの開発

    • 著者名/発表者名
      馬渡和真
    • 学会等名
      キャピラリー電気泳動シンポジウム2013
    • 発表場所
      日本女子大学、東京
    • 招待講演
  • [学会発表] 拡張ナノ流体デバイス

    • 著者名/発表者名
      北森武彦
    • 学会等名
      産総研次世代バイオナノ研究会
    • 発表場所
      東京ビッグサイト、東京
    • 招待講演
  • [備考] 北森研究室ホームページ

    • URL

      http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/kitamori/

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公開日: 2015-05-28  

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