超高感度表面増強近赤外分光法の開発とその非破壊血液分析への応用

超灵敏表面增强近红外光谱的研制及其在无损血液分析中的应用

• 批准号: 15750071
• 负责人: 池羽田 晶文
• 金额: $ 2.37万
• 依托单位: Kwansei Gakuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15750071/
• 关键词: 表面プラズモン共鳴; 近赤外分光法; 屈折率; 吸光度; Kretschmann配置; 光学定数; 吸光度増強

近赤外(NIR)分光法はその場測定可能な非破壊分析法として多方面へ応用されている.しかし,NIR領域における吸収は微弱なため,微少な試料の測定には不向きであった.そこで表面プラズモン共鳴(SPR)を利用した超高感度なNIR分光法,SPR-NIR分光法の開発を行った.この方法は実屈折率応答型SPRセンサで汎用されるKretschmann配置に基づき,複素屈折率の虚部,即ち試料の吸光度を増強させて観測するものである.前年度,フレネルの式を用いた光学設計に基づいて作製したKretschmann配置型の測定用アタッチメントに,温度調整機能を備えたフローセルを新たに追加した.これにより同一の光学条件で濃度の異なる溶液などを連続して測定することが可能になった.具体的実験としてはアルコール水溶液,グルコース水溶液などを用いて濃度の定量が可能であることを示した.溶質濃度の定量としては主に2種の方法を提案した.1)SPRピークの変化から直接測定する方法この方法ではSPRを使わない場合に比べて数百倍の感度が得られるが,従来のLambert-Beerの法則に基づくスペクトル解析は使用できないため,センサとしての使用が期待できる.2)共鳴から外れた条件を用いる方法.この方法で得られるスペクトルは吸光度の増強は高々数十倍だが,従来のスペクトルと同様に扱うことが出来ることが明らかになった.このように吸光度が高感度に測定できるSPR-NIR分光法だが,これに加えて屈折率のスペクトルも同時に測定できることを示した.これはクラマース・クローニッヒの関係を使わない吸収一屈折率の分離であり,外部参照値を使わずに正しい屈折率を算出する全く新しい方法である.屈折率からも溶質濃度の定量は可能であるが,この方法はむしろこれまで注目されてこなかった,近赤外領域における材料の光学定数決定に役立つものと考えられる.

Near infrared spectroscopy (NIR) can be used to determine the field of light. The absorption in the NIR field is weak, and the measurement of a small sample is not directed. Surface resonance (SPR) was developed by ultra-high sensitivity NIR spectroscopy and SPR-NIR spectroscopy. This method is based on the Kretschmann configuration of the refractive index response SPR, and the imaginary part of the refractive index of the complex sample, i.e., the absorbance of the sample increases. In the past, the optical design of the product was based on the Kretschmann configuration, and the temperature adjustment function was added. For example, if a solution with different concentrations under the same optical conditions is used, it may be possible to determine the concentration of the solution. The specific concentration of the aqueous solution can be determined. There are mainly two methods proposed for quantifying solute concentration. 1) A method for direct measurement of SPR chip. This method provides hundreds of times higher sensitivity than when SPR is used. The basic spectral analysis based on the recent Lambert-Beer rule can be used without any support, and the use of this method is expected. 2) A method that can be used under conditions other than resonance. This method can be used to increase the absorbance by dozens of times. The absorbance of the sample was determined by SPR-NIR spectrophotometry. A new method for calculating the refractive index is proposed. The quantitative determination of solute concentration in refractive index is possible, and the method is not easy to determine.

项目成果

池羽田 晶文, 尾崎 幸洋: "吸収応答型表面プラズモン共鳴を用いた高感度近赤外分光法"分光研究. 53. 30-31 (2004)

Akifumi Ikehada、Yukihiro Ozaki：“使用吸收响应表面等离子体共振的高灵敏度近红外光谱”光谱研究 53. 30-31 (2004)。

A.Ikehala, T.Itoh, X.Li, J.Jiang, Y.Ozaki: "High sensitive detection of near-infrared absorption by surface plasmon resonance"Applied Physics Leters. 83. 2232-2234 (2003)

A.Ikehala、T.Itoh、X.Li、J.Jiang、Y.Ozaki：“表面等离子体共振近红外吸收的高灵敏度检测”应用物理快报。