生体光情報計測のための近接場光学プローブの開発と評価

用于测量生物光学信息的近场光学探针的开发和评估

基本信息

批准号：
10780526
负责人：
大橋俊朗
金额：
$ 1.66万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至 1999
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-10780526/
关键词：
微細加工技術微小プローブ近接場光生物フォトン内皮細胞

项目摘要

近年,生物フォトンと呼ばれる超微弱光が注目されてきた.この生物フォトンが計測できれば新たな生体情報として非常に有用である.そこで,本研究では生物フォトンを効率よく検出するために微細加工技術を用いて微小なプローブを開発することを目的とする.この計測は近接場顕微鏡の原理を応用したもので,生体表面上のフォトンを微小プローブによって散乱させ,プローブ先端からフォトンを集めるものである.まずシリコンの微細加工技術により微小プローブを製作するために,有限要素法解析(FEM)により片持ち梁およびねじれ梁の振動特性を理論的に解析した.その結果,ねじれ梁は高次のモードを排除できるが片持ち梁の方が同程度の形状を有する場合,共振周波数は高い値を示した.次にフォトリソグラフィー技術により単結晶シリコンの微小プローブを製作した.製作した微小プローブの周波数特性はLC共振回路による容量センサおよび発信器から構成される実験装置によって測定を行ない,FEM解析結果とよい一致を示すことを確認した.この微小プローブを原子間力顕微鏡(AFM)のプローブとして用いれば細胞の表面形状とともにフォトンが検出できる.そこで第一段階として実際にウシ大動脈由来血管内皮細胞を用いて細胞表面形状を測定した.また,微弱光を検出するためのフォトダイオードの製作を併せて行なった.n型のシリコン基板にp型のボロンイオンを打ち込むことでp-n接合を形成した.典型的な電流-電圧特性が得られた.現在は,フォトンを導波させるための光導波路とフォトンを検出するためのフォトダイオードを一体化させた微小プローブを設計・制作中である.これが完成されれば上記のAFMに組み込むことで細胞表面形状と同時にフォトンの検出が可能になると思われる.

近年来，称为生物光子的超弱光引起了人们的关注。如果可以测量这些生物光子，则它们作为新的生物学信息非常有用。因此，在这项研究中，使用微加工技术开发显微镜探针以有效检测生物光子的目的。该测量基于近场显微镜的原理，活体表面上的光子被微探针散射，并从探针尖端收集光子。首先，为了使用硅微加工技术制造微探测，理论上通过有限元分析（FEM）对悬臂和扭转束的振动特性进行了理论分析。结果，扭转梁可以消除更高的模式，但是当悬臂梁具有相似的形状时，谐振频率很高。接下来，使用光刻技术来制造单晶硅的微探针。使用由LC谐振电路组成的实验设备进行测量，并证实了FEM分析的结果表明良好一致。通过将此微探针用作原子力显微镜（AFM）的探针，可以检测到光子以及细胞的表面形状。作为第一步，实际上使用源自牛主动脉的内皮细胞来测量细胞表面形状。另外，制造光二极管以检测弱光。通过将P型硼离子植入N型硅底物中形成P-N连接。获得了典型的电流 - 电压特性。当前，正在设计和生产一个微探针，该探针将光学波导与用于检测光子的光电二极管结合在一起。完成此操作后，人们认为将其纳入AFM，将与细胞表面形状同时进行光子检测。