2017 Fiscal Year Annual Research Report
ダイヤモンドNVセンタを活用する光パルス磁気共鳴法の創薬応用を目指した高度化
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17H02751
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
谷井 孝至 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (20339708)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
磯谷 順一 筑波大学, 図書館情報メディア系, 研究員 (60011756)
星野 忠次 千葉大学, 大学院薬学研究院, 准教授 (90257220)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ダイヤモンド / ＮＶセンタ / ＮＭＲ / １分子計測 / 創薬応用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
医薬品開発における薬物探索など、創薬への応用展開を念頭に、１分子のタンパク質を標的とする光パルス磁気共鳴法の実行可能性評価を行う。このために、標的タンパク質、または合成化合物（薬物候補）、さらには両者の結合状態を、ダイヤモンド基板表面の浅い窒素-空孔複合欠陥を用いた光パルス磁気共鳴法を用いて測定することが本研究の最終目標である。
初年度である２０１７年度には、共焦点顕微鏡の光学系のセットアップと改良を施した。具合的には、ワイドフィールドから共焦点系に光学系を変更し、さらに溶液系を扱えるように、レーザ打ち上げ式で倒立配置を構築した。構築した共焦点系は、垂直面内分解能として約１５０ｎｍ、垂直深さ方向の分解能として１．８μｍであることを実験的に確認した。
加えて光磁気共鳴法のためのセットアップも組み込み、単一ＮＶセンターが窒素の同位体である１４Ｎまたは１５Ｎのどちらを包含しているかを測定できることを実験的に確認した。構築にあたっては、共焦点顕微鏡像取得および光磁気共鳴測定のためのソフトウェアを自作し、それを自作した１光子検出系およびマイクロ波照射制御回路と連動させるようにした。
また、自作ソフトウェア上に単一ＮＶセンタの自動追尾制御機構を組み込み、それにより、微小なサンプルドリフトが生じても、２４時間以上にわたって単一ＮＶセンタを自動追尾し、追尾しながら光磁気共鳴測定を行えるシステムも構築した。実際の計測では、３４時間の連続計測で最大６μｍのサンプルドリフトが生じていることが実験的に判明したが、それでもなお、同一のＮＶセンタを自動的に追尾できることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
顕微鏡のセットアップのための物品調達、回路およびソフトウェアの製作が順調であったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
２年目である２０１８年度には、はじめに光学系のセットアップを完了する。具体的には、マイクロ波の照射を現在のＣＷからパルス波を照射できるように改良する。これにより、原理的に単一ＮＶセンタを用いたＮＭＲ計測ができることになる。このためには、さらに自作ソフトウェアを改良する必要もある。
同時に、当初の計画にあるようにダイヤモンド表面に微小容器を作製するためのプロセス構築を行う。微小容器の材料検討（シリコン酸化膜のＣＶＤ成長膜からはじめに探索する）、電子線リソグラフィ条件、および、シリコン酸化膜のエッチング条件の探索を行う。
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[Journal Article] : Effect of a radical exposure nitridation surface on the charge stability of shallow nitrogen-vacancy centers in diamond2017
Author(s)
T. Kageura, K. Kato, H. Yamano, E. Suaebah, M. Kajiya, S. Kawai, M. Inaba, T. Tanii, M. Haruyama, K. Yamada, S. Onoda, W. Kada, O. Hanaizumi, T. Teraji, J. Isoya, S. Kono, H. Kawarada
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Journal Title
Appl. Phys. Express 10 (2017) 055503
Volume: 10
Pages: 055503
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Charge state stabilization of shallow nitrogen vacancy centers in diamond by oxygen surface modification2017
Author(s)
H. Yamano, S. Kawai, K. Kato, T. Kageura, M. Inaba, T. Okada, I. Higashimata, M. Haruyama, T. Tanii, K. Yamada, S. Onoda, W. Kada, O. Hanaizumi, T. Teraji, J. Isoya, H. Kawarada
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Journal Title
Jpn. J. Appl. Phys. 56 (2017) 04CK08
Volume: 56
Pages: 04CK08
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Room-temperature 1.54 um photoluminescence from Er:Ox centers at extremely low concentration in silicon2017
Author(s)
M. Celebrano, L. Ghirardini, M. Finazzi, Y. Shimizu, Y. Tu, K. Inoue, Y. Nagai, T. Shinada, Y. Chiba, A. Abderghafar, M. Yano, T. Tanii, E. Prati
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Journal Title
Opt. Lett. 42 (2017) 3311
Volume: 42
Pages: 3311-3314
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Revisiting room-temperature 1.54 um photoluminescence of ErOx centers in silicon at extremely low concentration2017
Author(s)
Enrico Prati, Michele Celebrano, Lavinia Ghirardini, Paolo Biagioni, Marco Finazzi, Yasuo Shimizu, Yuan Tu, Koji Inoue, Yasuyoshi Nagai, Takahiro Shinada, Yuki Chiba, Ayman Abdelghafar, Maasa Yano, Takashi Tanii
Organizer
2017 Silicon Nanoelectronics Workshop
Int'l Joint Research
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[Presentation] Atom Probe Study of Erbium and Oxygen Co‐Implanted Silicon2017
Author(s)
Yasuo Shimizu, Yuan Tu, Ayman Abdelghafar, Maasa Yano, Yudai Suzuki, Takashi Tanii, Takahiro Shinada, Enrico Prati, Michele Celebrano, Marco Finazzi, Lavinia Ghirardini, Koji Inoue, and Yasuyoshi Nagai
Organizer
2017 Silicon Nanoelectronics Workshop
Int'l Joint Research
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[Presentation] 窒素終端およびシリコン終端ダイヤモンド中の浅いNVセンターのスピン特性2017
Author(s)
薗田隆弘, 河合空, 山野颯, 加藤かなみ, 蔭浦泰資, 福田諒介,岡田拓真, 春山盛善, 谷井孝至, 山田啓介, 小野田忍,寺地徳之, 加田渉, 花泉修, 河野省三, 磯谷順一, 川原田洋
Organizer
第78回応用物理学会秋季学術講演会
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[Presentation] Charge Stability of Shallow Nitrogen Vacancy Center in Diamond with Radical Exposure Nitridation Surface for DNA Detection2017
Author(s)
Sora Kawai, Hayate Yamano, Miki Kajiya, Kanami Kato, Jorge J. Buendia, Taisuke Kageura, Masafumi Inaba, Ryosuke Fukuda, Takuma Okada,Itaru Higashimata, Moriyoshi Haruyama, Takashi Tanii, Shinobu Onoda, Wataru Kada, Osamu Hanaizumi, Tokuyuki Teraji, Shozo Kono, Junichi Isoya and Hiroshi Kawarada
Organizer
2017 International Conference on Solid State Devices and Materials
Int'l Joint Research
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[Presentation] Charge Stability and Coherence Property of Shallow Nitrogen Vacancy Center in Nitrogen Terminated Diamond for DNA Detection2017
Author(s)
S. Kawai, H. Yamano, T. Sonoda, K. Kato, J. J. Buendia, E. Suaebah,T. Kageura, M. Inaba, R. Fukuda, T. Okada, M. Haruyama, T. Tanii, K. Yamada, S. Onoda, W. Kada, O. Hanaizumi, A. Stacey, T. Teraji, S.Kono, J. Isoya, H. Kawarada
Organizer
2017 MRS Fall & Exhibit
Int'l Joint Research
