ナノレーザによる極微光増強場の形成と高性能・高機能バイオセンシングシステムの開発

利用纳米激光形成超微光增强场并开发高性能高性能生物传感系统

• 批准号: 12J04482
• 负责人: 北 翔太
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 2014-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J04482/
• 关键词: フォトニック結晶; フォノニック結晶; 光機械結合; 質量分析; MEMS/NEMS; メタマテリアル; シリコンCMOS; ラベルフリーバイオセンサ; ナノ光共振器; フォノンレーザ; MEMS・NEMS

生化学分析において多用される質量分析装置の小型・低コスト化・高性能化は近年においても重要であり, それに関する研究分野の発展, アプローチの多様化は目覚ましい. 近年マイクロ・ナノ電気機械システムを応用した質量分析システムがCaltechグループにより提案・開発された. 同グループはNEMS共振器により数100分子量オーダの質量分解能をもつ単一分子センシングおよび質量分析を実証した. また別のグループによってカーボンナノチューブを中空加工した超小型振動子による分解能が1陽子質量相当のものが発表された. ただし分解能と歩留まりのバランスはまだ追究の余地があり, トップダウンで安定した性能の分析装置をニーズに合わせてCMOSプロセスをべ一スに作ることが産業化に発展するための要件であると考える. またMEMSにおいてはいずれも実験値で得られる分解能は理論予測されたものよりも1桁から2桁ほど悪く, 電気的なノイズがその要因であると考えられている.そこで本研究は, 光入力で遠隔的に駆動するNEMS共振器をフォトニックナノ構造ベースとした質量分析を実証することを目指す. 一般に機械振動モードが小さいほど分子が吸着したときの応答量, すなわち感度が増大する. したがって微小な機械振動モードをそれに近い分布をもつ光学モードが誘起する光機械結合効果によって選択的に励起することでMEMSよりも低ノイズな振動子を目指し, 「数10から数分子量オーダの質量分析装置」の実現が目標である. 現在それに適した構造を見出し, 製作と実験を進めている段階である.以上に加え, 他のグループと共同でフォトニック結晶のアプローチによるオンチップ屈折率ゼロ媒体の作製・実証も並行して手がけている. グラフェンで見られるバンドの縮退による現象のアナロジーを光子に対して適用することで, 特異な周波数の光の感じる屈折率を実部虚部ともにゼロにすることができる. こちらはもう実験結果もほぼ出揃い, 論文投稿間近である.

Biochemistry analysis に お い て multi-purpose さ れ る の small size, low quality analysis device コ ス ト · high performance-based は recent に お い て も important で あ り, そ れ に masato す る research eset の 発 exhibition, ア プ ロ ー チ の many others in the は mesh 覚 ま し い. Recent マ イ ク ロ · ナ ノ electric 気 mechanical シ ス テ ム を 応 with し た quality analysis シ ス テ ム が Caltech グ ル ー プ に よ り proposal, open 発 さ れ た. With グ ル ー プ は NEMS resonator に よ り number 100 molecular weight オ ー ダ の quality can decompose を も つ 単 a molecular セ ン シ ン グ お よ び quality analysis を card be し た. ま た don't の グ ル ー プ に よ っ て カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ を hollow processing し た subminiature vibrating son に よ る can decompose が 1 yoko quality quite の も の が 発 table さ れ た. Youdaoplaceholder0 <s:1> decomposition energy と step to leave ま ただ ただ バラ ス まだ まだ まだ まだ まだ pursue があ leeway ト ッ プ ダ ウ ン で settle し た の performance analysis device を ニ ー ズ に close わ せ て CMOS プ ロ セ ス を べ a ス に as る こ と が industrialization に 発 exhibition す る た め の elements で あ る と exam え る. ま た MEMS に お い て は い ず れ も be 験 numerical で must ら れ る can decompose は theory to measure さ れ た も の よ り も 1 truss か ら 2 girder ほ ど 悪 く, Electric 気 な ノ イ ズ が そ の by で あ る と exam え ら れ て い る. そ こ で は, light into force で far-between に 駆 dynamic す る NEMS resonator を フ ォ ト ニ ッ ク ナ ノ tectonic ベ ー ス と し た quality analysis を card be す る こ と を refers す. General に mechanical vibration モ に ドが ドが small さ ほ ほ が molecules が adsorb <s:1> たと 応 応 amount す な わ ち sensitivity が raised large す る. し た が っ て tiny な mechanical vibration モ ー ド を そ れ に nearly い distribution を も つ optical モ ー ド が induced す る unseen light mechanical combination fruit に よ っ て sentaku に excitation up す る こ と で MEMS よ り も low ノ イ ズ な vibrator を refers し, "Counting 10 である ら to count molecular weight ダ ダ <s:1> mass analysis device" <s:1> actual occurrence が target である. Now, the それに suitable for the た construction を is found to be それに, and the と experiment を advances to the めて る る stage である. Above に え, he の グ ル ー プ と common で フ ォ ト ニ ッ ク crystallization の ア プ ロ ー チ に よ る オ ン チ ッ プ inflectional rate ゼ ロ media の cropping systems, card be も parallel し て hand が け て い る. グ ラ フ ェ ン で see ら れ る バ ン ド の retreat に よ る phenomenon の ア ナ ロ ジ ー を photon に し seaborne て applicable す る こ と で, Specific な cycle for の の light feeling じ る inflectional rate を department be imaginary part と も に ゼ ロ に す る こ と が で き る. こ ち ら は も う be 験 results も ほ ぼ out Jian い, between paper submitted nearly で あ る.

项目成果

Photonic crystal nanoslot nanolaser for ultra-high sensitivity and selectivity protein sensing

用于超高灵敏度和选择性蛋白质传感的光子晶体纳米槽纳米激光器

• 发表时间: 2012
• 作者: Shota Kita;et. al.
• 通讯作者: et. al.

単一質量分析に向けた光機械スロットビーム振動子

用于单质谱分析的光机械狭缝光束振荡器

• 发表时间: 2013
• 作者: 北 翔太;Daniel Ramos;Ian Frank;Parag Deotare;Mike Burek;Cheng Wang;Marko Loncar
• 通讯作者: Marko Loncar

高機械Q値のための音叉型ナノビーム振動子の提案

高机械Q值音叉型纳米束振荡器的提案

• 发表时间: 2014
• 作者: 北 翔太;Marko Loncar
• 通讯作者: Marko Loncar

部分スロットナノビーム光機械振動子の追究

部分开槽纳米束光机械振荡器的研究

• 发表时间: 2014
• 作者: 北 翔太;Mike Burek;Daquan Yang;Marko Loncar
• 通讯作者: Marko Loncar