集束表面プラズモンを利用した顕微複屈折測定法の開発と細胞異常診断への応用

利用聚焦表面等离子体激元的微生物折射测量方法的开发及其在细胞异常诊断中的应用

• 批准号: 21K04916
• 负责人: 加野 裕
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Muroran Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04916/
• 关键词: 集束表面プラズモン; 顕微測定; 屈折率測定; 銀表面のポリマーコーティング; 銀表面の親水化; 表面プラズモン; 複屈折測定; 光異性化薄膜; 複屈折; 異方性媒質; 顕微計測

本年度は，集束表面プラズモンを測定プローブに用いた生体細胞の複屈折分布の可視化に向け，集束表面プラズモンを励起することができる基板上での生体細胞の培養を試みた．集束表面プラズモンを可視域で励起するとき，銀を用いると，金などを用いる場合と比べ，伝搬定数のピークが先鋭化させることができるが，銀は化学的に安定でないため，これまで，シリカのスパッタ薄膜で表面保護を行っていた．この基板を用い，ステージ2がん細胞の培養を試みたところ，シリカスパッタ膜の崩壊が確認され，細胞を培養することができないことが分かった．実験的な検証の結果，細胞培養に用いた培養液（DMEM）が要因となっていることを確認した．そこで，表面プラズモンセンシング基板の表面の保護にポリマー薄膜を用いる検討を行った．表面プラズモンセンシングでは，表面プラズモンが形成する電場はエバネッセント波となって局在し，金属表面から離れると指数関数的に減衰するため，保護膜の膜厚は測定感度に大きな影響を与える．これを考慮して，ポリマー薄膜の膜厚の目標値を10~20nmに定め，材料と成膜法の選定を行い，ポリメチルメタクリレイト（PMMA）をトルエンを溶解させ，スピンコーティング法で成膜することとした．その試行段階では，目標とする膜厚での成膜においては，膜厚が不均一になることが確認された．そこで，PMMAトルエン溶液を滴下する前に，銀表面に大気圧低温プラズマを照射し，銀表面の親水化を試行した．その結果，特定の照射条件において，銀表面の顕著な親水化を確認することができた．つづいて，PMMAの成膜を行，その評価を集束表面プラズモン顕微鏡で行った．測定領域15マイクロメートル平方とし，64 x 64点で表面プラズモンの伝搬定数を測定した，これをPMMAの膜厚に換算すると，目標とする膜厚で，均一性の高い薄膜の成膜に成功し，再現性も確認できた．

今年，我们试图以聚焦的表面等离子为测量探针来想象活细胞的双重分布分布，并试图在可以激发聚焦的表面等离子体的底物上培养生物细胞。当对可见范围内的聚焦表面等离子体激发时，与金色或类似物相比，银可以升起传播常数峰值，但是银在化学上不稳定，因此表面保护以前已经提供了溅射的二氧化硅膜。当尝试使用该底物尝试培养2期癌细胞时，确认了二氧化硅溅射的膜的崩解，发现无法培养细胞。实验验证证实，用于细胞培养的培养基（DMEM）是原因。因此，我们使用聚合物薄膜进行了研究以保护表面等离子体传感底物的表面。在表面等离子体传感中，由表面等离子体形成的电场被定位为evanescent波，并在与金属表面分离时呈指数衰减，因此保护膜的厚度对测量敏感性具有重大影响。考虑到这一点，将聚合物薄膜的靶厚度设置为10-20 nm，并选择了材料和膜形成方法，并将甲基丙烯酸甲酯（PMMA）溶解在甲苯中，并使用自旋涂层方法形成。在试验阶段，在将膜沉积在目标膜厚度上时，膜的厚度将是不均匀的。因此，在将PMMA甲苯溶液添加到银表面之前，用低温等离子体的大气压辐照银表面，并尝试将银表面进行亲水。结果，有可能在特定的辐射条件下确认银表面的显着氢化。接下来，将PMMA沉积，并使用聚焦的表面等离子体显微镜进行评估。表面等离子体的传播常数在15微米的测量区域测量，当转换为PMMA的膜厚度时，该膜在目标膜厚度下成功形成了高度均匀的薄膜，并确认了可重复性。

项目成果

Polymer thin film coating with a thickness in 10-20 nm range on a silver surface of surface plasmon bio-sensor

表面等离子体生物传感器银表面厚度10-20 nm的聚合物薄膜涂层

• 发表时间: 2022
• 作者: Akinari Abe;Noguchi Tsuyoshi;Yuma Suenaga;Kenichi Yamazaki;Akitoshi Okino and Hiroshi Kano
• 通讯作者: Akitoshi Okino and Hiroshi Kano

Dynamic range of refractive index measurement by focused surface plasmon

聚焦表面等离子体激元折射率测量的动态范围

• 发表时间: 2021
• 作者: 仲間一貴;菊地雄亮;林健太;岡本勝就;一色秀夫;渡邉恵理子;Aojie Xu，Lifeng Duan，Yun zhang;Ipsita Chakraborty and Hiroshi Kano
• 通讯作者: Ipsita Chakraborty and Hiroshi Kano

Optimization of substrate to culture and image live cells for surface plasmon microscopy

用于表面等离子体显微镜的活细胞培养和成像基质的优化

• 发表时间: 2022
• 作者: Ipsita Chakraborty;Daiki Matsubayashi;Tomoki Omachi;Yasushi Hasegawa and Hiroshi Kano
• 通讯作者: Yasushi Hasegawa and Hiroshi Kano

Single shot birefringence analysis of natural fibers

天然纤维的单次双折射分析

• 发表时间: 2021
• 作者: 仲間一貴;菊地雄亮;林健太;岡本勝就;一色秀夫;渡邉恵理子;Aojie Xu，Lifeng Duan，Yun zhang;Ipsita Chakraborty and Hiroshi Kano;R. Fujimura;Ipsita Chakraborty and Hiroshi Kano
• 通讯作者: Ipsita Chakraborty and Hiroshi Kano

Microscopic-characterization of photo-induced birefringence of azo-polymer thin film by focused surface plasmon

聚焦表面等离子体对偶氮聚合物薄膜光致双折射的微观表征

• DOI: 10.1016/j.optlastec.2021.107673
• 发表时间: 2022
• 期刊: Optics & Laser Technology
• 影响因子: 5
• 作者: Chakraborty Ipsita;Kano Hiroshi
• 通讯作者: Kano Hiroshi