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．

This year, the measurement of cluster surface excitation and the visualization of the distribution of complex refraction of living cells on the substrate were tested. The cluster surface can be seen from the excitation, silver can be used in the middle, gold can be used in the middle, silver can be chemically stable, silver can be chemically stable, silver can be used in the surface protection. The substrate is used for cell culture. The results of the test were confirmed by cell culture medium (DMEM). The surface of the substrate is protected by a thin film. The electric field generated by the electric field on the surface of the protective film is affected by the attenuation of the exponential factor on the surface of the metal, and the film thickness of the protective film is affected by the sensitivity of the measurement. The film thickness of PMMA thin film is 10~20nm, and the material and film forming method are selected. The film thickness of the film is not uniform. Before PMMA solution was dropped, the surface of silver was irradiated at high pressure and low temperature, and the hydrophilic surface of silver was tried out. As a result, under certain irradiation conditions, the hydrophilic surface of silver was confirmed. The PMMA film is formed in the middle of the film, and the evaluation is carried out on the surface of the cluster. Measurement area 15 square, 64 x 64 points surface area measurement of the number of transfer, such as PMMA film thickness conversion, the purpose of film thickness, uniformity and high film formation success, reproducibility confirmation.

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

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

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