2014 Fiscal Year Annual Research Report
フェムト秒レーザー光超音波顕微鏡の開発による細胞の断層像の可視化
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26282142
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
西條 芳文 東北大学, 医工学研究科, 教授 (00292277)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鷲尾 勝由 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20417017)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | フェムト秒レーザー / 光超音波 / 細胞 / バイオメカニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
フェムト秒レーザーを薄膜にポンプ光として照射した際に発生する超音波信号について、従来はポンプ光と分光したプローブ光の揺らぎの強度および周波数成分の解析により間接的に検出されてきたが、本研究ではGHz帯域の超高感度センサを開発し、レーザー照射により発生した超音波を直接受信することが特色である。この手法により超音波診断と同様のイメージングの可能性が飛躍的に高まり、細胞の断層像の描出を目指すことができるので、平成２６年度は圧電素子による超音波信号の検出について詳細に検討した。
研究代表者が所有している周波数帯域0.8～1.0 GHzの超音波センサに厚さ5ミクロンのpoly(lactide-co-glycolide) (PLGA)フィルムを密着させ、平成２６年度に購入したデジタルオシロスコープ（キーサイトテクノロジーズ社 DSOS104A）にGHz帯域のパワーアンプを経て入力し、1000～5000回平均し十分なS/N比の超音波を取得可能なレーザー出力および取得条件を検討した。ZnO薄膜は数百MHz～数GHzの高周波応答を有する圧電材料であることが知られており、数百 MHz帯域の超音波の検出が可能であった。
また、薄膜の結晶性分析により、基板温度が500℃を越える辺りでZnO薄膜のc軸配向性が向上することを示しており、本研究でもこの知見を活かしてさらにピエゾ効果を高めたZnO薄膜の生成による高感度なGHz帯域の超音波センサの開発を行った。
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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
数百MHz帯域の光超音波信号の検出には成功し、次年度以降の高周波数化のめども立っており、ほぼ順調に進捗しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２７年度には本システム専用のフェムト秒レーザーを導入する。平成２６年度に開発されたZnO薄膜に金電極を蒸着しGHz帯域の超音波センサとして用いる。センサ上に、生体を模擬した光学・音響を有する厚さ5ミクロンの高分子フィルムを置き、光学レンズで3ミクロンのスポット径に絞ったフェムト秒レーザーを照射する。前年度に確認した超音波発生および取得条件を適用し、超音波の発生を確認する。
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