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屈折率・電荷同時検出ナノレーザセンサの開発と精神神経疾患バイオマーカ検出

开发同时检测折射率和电荷的纳米激光传感器以及神经精神疾病生物标志物的检测

基本信息

批准号：
17J11405
负责人：
渡邊敬介
金额：
$ 0.13万
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：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究ではGaInAsP半導体の発光が表面電荷に応答する原理に基づき、蛍光や酵素などのラベルが不要で、スペクトル分析も不要な簡易なバイオセンサを提案、実証した。前年度は、GaInAsPナノレーザを用いて、精神神経疾患のバイオマーカとして期待されるCRMP2 (Collapsin Response Mediator Protein 2) の検出を検討し、実際の医療診断で求められる濃度と同程度の検出限界濃度での検出を達成した。本年度は、さらなる高感度化と信号対雑音比の向上を目指し、GaInAsP半導体のフォトニック結晶構造に工夫を加えることによる、イオン感応性の増大の理論の構築と高性能化を図った。まず、半導体に蜂の巣構造型フォトニック結晶構造を導入し、より大きな表面積体積比と光の取り出しが得られる構造を時間領域差分法によって予測した。その結果、蜂の巣構造の1つの円孔を6つの小円孔で置換した構造が有望であることが予想された。これは、表面電荷の応答性の由来である表面再結合の変化により生じる発光強度の変化を最大化できるためである。実際にこの構造を製作し、表面電荷への応答性に対応する、溶液のpHを変えたときのシグナル変化を測定した。フォトルミネッセンス、レーザ発振光のいずれの場合においても、pH感度はフォトニック結晶パターンのない場合と比べて増大し、前者の条件において、実用上の目標値であるpH分解能0.01を達成した。レーザ発振時においては、弱励起動作で約41倍の感度増大、強励起条件では最大で約5倍の信号対雑音比の増大を確認した。以上の結果から、GaInAsP半導体のフォトニック結晶構造に工夫を加えることによる高性能化を実証し、医療診断、化学分析などの幅広い応用に有望であることを示した。

In this study, we propose and demonstrate the basic principles of surface charge response for GaInAsP semiconductors, including light and enzyme analysis. In the past year, GaInAsP has been used in the detection of CRMP2 (Collapsin Response Mediator Protein 2) in psychiatric disorders, and the detection limit concentration of CRMP2 (Collapsin Response Mediator Protein 2) has been achieved at the same level as that in the actual medical diagnosis. This year, we will increase the sensitivity of the signal to the sound ratio, and we will build a theory of high performance for GaInAsP semiconductor. The crystal structure of semiconductor is introduced, the surface area and volume ratio are increased, and the structure is obtained by time domain difference method. As a result, the structure of the bee is expected to be replaced by the structure of the small hole. The origin of the surface charge and the change of the surface recombination and the change of the light intensity are maximized. In practice, the structure, surface charge, and pH of the solution were determined. The pH sensitivity of the crystal is higher than the pH sensitivity of the crystal. The pH sensitivity of the crystal is higher than the pH sensitivity of the crystal. The pH decomposition energy of the crystal is 0.01. The sensitivity increase of about 41 times in weak excitation operation and the increase of signal to sound ratio of about 5 times in strong excitation operation are confirmed. The above results show that GaInAsP semiconductor has high performance, medical diagnosis and chemical analysis.

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Ion-sensitive nanolaser for spectral-analysis-free biosensing

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DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Watanabe;Y. Nishijima and T;Baba
通讯作者：
Baba

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DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Y. J. Li;H. F. Wen;Z. M. Ma;L. Kou;Y;Naitoh;and Y. Sugawara;K. Watanabe
通讯作者：
K. Watanabe

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DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
渡邊敬介;馬場俊彦
通讯作者：
馬場俊彦

イオン感応ナノレーザによるラベル・スペクトル分不要精神神経疾患バイオマーカ検出

使用离子敏感纳米激光检测神经精神疾病生物标志物，无需标签或光谱

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
渡邊敬介;野本宗孝;中村史雄;五嶋良郎;馬場俊彦
通讯作者：
馬場俊彦

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利用 GaInAsP 半导体的离子敏感性进行生物传感和成像

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
渡邊敬介;野本宗孝;景山達斗;中村史雄;福田淳二;五嶋良郎;馬場俊彦
通讯作者：
馬場俊彦

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