Development of highly sensitive terahertz micro-TAS and its applications to the nanobioanalysis

ピコモルオーダーの溶液量でフェムトモルオーダーの検出感度を誇るコンパクトなテラヘルツバイオチップの機能性の向上と、生体関連試料の微量分析を行った。チップはGaAs製で、テラヘルツ点光源と5個のメタアトム（メタマテリアルの基本素子）の直列アレイから構成されている。そのセンサー領域（メタアトムアレイ領域）は髪の毛断面５個分相当である。メタアトム構造には微小なキャビティギャップを有するストリップライン（I-design）構造を採用した。このメタアトムアレイの1つを局所テラヘルツ点光源で励起すると、パーセル効果に基づく、ギャップ領域での顕著な電界閉じ込めが起こり、これが隣接するメタアトムにも波及していくことが分かった。これにより、これまでのFano共振型のメタアトムアレイ（５×５個のメタアトムを使用）と比較して感度が2倍以上向上することが分かった。したがって感度向上とコンパクト化を同時に達成することに成功した。これにマイクロ流路を作製することで、流路内をフローする溶液中のイオン、糖、アルコール物質を微量センシングできた。チップ性能としても従来のFano共振チップと比較して1桁の向上を確認した。これをテラヘルツマイクロタスとして展開している。機能性の向上については、以下の点で進展があった。夾雑物中からの選択的な溶質センシングは、シンプルな構成では難しいことがわかった。この解決に向けて、電気泳動技術を取り入れることで混合溶液中に含まれる溶質成分の高感度かつラベルフリーな分離分析ができることが分かった。また、これとは別に、当初から行っていた透過測定よりも、反射測定の方がより効率的に分析ができることが分かってきた。一方、生体関連試料の微量分析では主にサンプルのスペクトルからの評価を行っている。一部の細胞サンプルとDNAサンプルにおいてそれらの変性・変異を示唆する興味深い変化が観測され、慎重に計測と分析を進めている。

ピコモルオーダーの溶液量でフェムトモルオーダーの検出感度を誇るコンパクトなテラヘルツバイオチップの機能性の向上と、生体関連試料の微量分析を行った。チップはGaAs製で、テラヘルツ点光源と5個のメタアトム（メタマテリアルの基本素子）の直列アレイから構成されている。そのセンサー領域（メタアトムアレイ領域）は髪の毛断面５個分相当である。メタアトム構造には微小なキャビティギャップを有するストリップライン（I-design）構造を採用した。このメタアトムアレイの1つを局所テラヘルツ点光源で励起すると、パーセル効果に基づく、ギャップ領域での顕著な電界閉じ込めが起こり、これが隣接するメタアトムにも波及していくことが分かった。これにより、これまでのFano共振型のメタアトムアレイ（５×５個のメタアトムを使用）と比較して感度が2倍以上向上することが分かった。したがって感度向上とコンパクト化を同時に達成することに成功した。これにマイクロ流路を作製することで、流路内をフローする溶液中のイオン、糖、アルコール物質を微量センシングできた。チップ性能としても従来のFano共振チップと比較して1桁の向上を確認した。これをテラヘルツマイクロタスとして展開している。機能性の向上については、以下の点で進展があった。夾雑物中からの選択的な溶質センシングは、シンプルな構成では難しいことがわかった。この解決に向けて、電気泳動技術を取り入れることで混合溶液中に含まれる溶質成分の高感度かつラベルフリーな分離分析ができることが分かった。また、これとは別に、当初から行っていた透過測定よりも、反射測定の方がより効率的に分析ができることが分かってきた。一方、生体関連試料の微量分析では主にサンプルのスペクトルからの評価を行っている。一部の細胞サンプルとDNAサンプルにおいてそれらの変性・変異を示唆する興味深い変化が観測され、慎重に計測と分析を進めている。