2016 Fiscal Year Annual Research Report
An Investigation on a Light Waveguide Implemented Optical Total Analysis System for Internal Cell Structure Analysis
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26420210
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| Research Institution | Toyo University |
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Principal Investigator |
大久保 俊文 東洋大学, 理工学部, 教授 (60349933)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | TAS / マイクロ流路 / 光導波路 / 照射角度走査 / 光スキャナ / 蛍光検出 / FDTD 法 / BPM法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、10mm角程度のチップ上に形成した血球程度の断面寸法をもつ流路に血液を流し、様々な角度から細胞に励起光を照射して蛍光を採取することで、細胞内の生理学情報を採取する総合分析システム（TAS）実現のための基盤技術を開発する。この技術的特長は、励起光の通路となる導波路を、周辺と同一材料で一体自在成形することにより、光測定を旨とする大型分析機であるフローサイトメータを凌ぐ機能を、ワンチップに実現することにある。
当初の2年間では、蛍光の指向性を得て細胞の内部構造を推定するための予備段階として、極微弱蛍光を、チップ内形成の導波路およびこれに外部接続された光ファイバと蛍光分離光学系、およびセンサモジュールを用いて、所定のS/N比で観察できることを実証した。さらに、光源光伝搬用光ファイバを加振することで入射導波路を切り替え、細胞に対する励起光を異なる導波パスから順次照射できる手法も確立した。同時に、最終の照射角度走査達成に向けて、流路と導波路の交叉部において、ここを中心に導波路が放射状に配置されたチップを試作し、光透過性等の基礎特性を確認した。最終年度はこれら予備結果を踏まえ、実績のある高効率蛍光体を包含した直径5μmの蛍光微粒子を用い、光ファイバを1.7kHzで加振（光スイッチング）することで、微粒子が交叉部を約2～50mm/sの速度で通過する際の蛍光の指向性を、180度の走査範囲で得ることに初めて成功した。試作試料は、コア形状が幅4.8μm、高さ11μmと狭小の上に、困難加工の高アスペクト形状のため、透過率が格段に低く、導波路間の透過率のばらつきも大きいが、事前に評価した透過率によってばらつきを補正しており、a)採取信号のS/N比の向上、b)蛍光体の不均一分布性と指向性との対照等、次期課題に繋がる大きな足掛かりを得た。
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