グースヘンシェンシフトの近接場検出による高感度単一分子計測手法の開発

开发利用古申申位移近场检测的高灵敏度单分子测量方法

• 批准号: 22K18958
• 负责人: 早澤 紀彦
• 金额: $ 3.91万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18958/
• 关键词: グースヘンシェンシフト; 近接場光学; 表面プラズモン; 近接場; 単一分子計測; 表面プラズモン共鳴; センサー

従来のセンサー感度は「ナノモル」や「ピコモル」等のモル濃度で議論されることが多い。ナノ・ピコ表記は高感度を示すよう聞こえるが、分子数で表記すると、10^11~10^14個という途方もない数であり、濃度表記が採用されているといえる。つまり分子数で議論するようなセンシングは不可能であるとも言える。本課題では、新規分析手法である角度グースヘンシェンシフト (Angular Goos-Hanchen Shift: A-GHS）に基づく屈折率センサーにおいて、近接場検出を世界で初めて融合させ、モル濃度で表現されていた感度を革新的に向上し、分子数レベルの感度表記を可能とすることを目的としている。究極的に１分子感度の達成を目指しており、本課題で開発する分析手法は、昨今のSARS-CoV-2といったウイルス検出需要に応えるだけでなく、あらゆる分子種に対して適応できる汎用性の高い手法となり得る。2022年度は、従来開発してきた常温大気圧中A-GHSシステムを、バイオセンサー応用を念頭に液中環境で測定可能になるよう装置設計を行い、液中環境用セルをA-GHSシステムに組みこんだ。また、従来のA-GHSでは、入射光を固定し、試料と検出器がそれぞれθ、2θ回転することで入射角度依存測定を行うが、検出側で近接場測定を行うためには、検出側を固定し、入射側と試料を回転する必要がある。そのため入射光を偏波保持光ファイバーで回転ステージに導入できるように設計開発を行った。一方、近接場検出は、金属探針を用いた散乱型近接場顕微鏡技術を用いる。ラマン散乱や蛍光等の周波数変換を伴う検出光ではなく、入射光と近接場散乱光の周波数が同一であるため、非常に強い背景光から微弱な近接場散乱光を検出する必要がある。金属探針を試料面垂直方向に励振し、散乱光をロックイン検出することで近接場成分を高効率で検出する設計を行った。

従 to の セ ン サ ー sensitivity は "ナ ノ モ ル" や "ピ コ モ ル" etc. の モ ル concentration で comment さ れ る こ と が い more. を ナ ノ · ピ コ mark whatever は Gao Gan degrees in す よ う smell こ え る が, molecular number sign で submission す る と, 10 to 10 ^ ^ 11 14 と い う way party も な い number で あ り sign and the concentration of the submission が using さ れ て い る と い え る. Youdaoplaceholder0 ま ま number of molecules で discussion するようなセ するようなセ シ <e:1> グ するようなセ it is impossible to であると える statement える. This topic で は, new rules analysis technique で あ る Angle グ ー ス ヘ ン シ ェ ン シ フ ト (presents Goos - Hanchen Shift: A - GHS) に づ く inflectional rate セ ン サ ー に お い て, nearly meet 検 を め the early で て fusion さ せ, モ ル concentration で performance さ れ て い を innovative に upward し た sensitivity and number of molecules レ ベ ル の sensitivity mark whatever を may と す る こ と を purpose と し て い る. Ultimate に 1 molecule sensitivity の reached を refers し て お り, this topic で 発 す る analysis technique は, yesterday today の SARS - CoV - 2 と い っ た ウ イ ル ス 検 out need に 応 え る だ け で な く, あ ら ゆ る molecules of に し seaborne て optimum 応 で き る high domestic sex の い gimmick と な り る. 2022 annual は, 従 to open 発 し て き た room temperature big 気 圧 A - in the GHS シ ス テ ム を, バ イ オ セ ン サ ー 応 use を thought に fluid environment で determination may に な る よ う device design を い, liquid in environment with セ ル を A - GHS シ ス テ ム に group み こ ん だ. ま た, 従 の A - GHS で は, incident light を fixed し, sample と 検 extractor が そ れ ぞ れ theta. Theta and 2 back planning す る こ と で incident Angle dependent line measurement を う が, で 検 out side near field measurement line を う た め に は, 検 out side を fixed し, incident side と sample を back planning す る necessary が あ る. そ の た め incident light を partial waves keep light フ ァ イ バ ー で back planning ス テ ー ジ に import で き る よ う に design open 発 を line っ た. On one side, the near field is 検 output 検, the metal probe is を used in た た, and the scattered near field 顕 micromirror technology is を used in る る. ラ マ ン scattered や 蛍 light etc. の cycle for variations in を with う 検 out light で は な く, incident light と near field scattered light の cycle for the same で が あ る た め background light, very strong に い か ら weak な nearly by scattered light を 検 out す る necessary が あ る. Metal probe を sample surface vertical に LiZhen し, scattered light を ロ ッ ク イ ン 検 out す る こ と で nearly meet ingredients を high working rate で 検 out す る line design を っ た.

项目成果

プラズモン増強ラマンによる多様な環境下におけるナノスケール界面分光

使用等离子体增强拉曼在各种环境下进行纳米级界面光谱

• 发表时间: 2022
• 作者: Ikutaroh Tanaka;Kentaro Watanabe;木本浩司;早澤紀彦
• 通讯作者: 早澤紀彦

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Probing Strain and Doping along a Graphene Wrinkle Using Tip-Enhanced Raman Spectroscopy

• DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c08529
• 发表时间: 2023-03
• 期刊: The Journal of Physical Chemistry C
• 作者: Maria Vanessa Balois-Oguchi;N. Hayazawa;Satoshi Yasuda;K. Ikeda;Tien Quang Nguyen;M. C. Escaño;Takuo Tanaka

High sensitivity sensor based on surface plasmon resonance-enhanced angular Goos-Hanchen shift

基于表面等离子体共振增强角古斯-汉欣位移的高灵敏度传感器

• 发表时间: 2022
• 作者: Cherrie May Olaya;Norihiko Hayazawa;and Takuo Tanaka,
• 通讯作者: and Takuo Tanaka,

フィリピン大学ディリマン校国立物理学研究所(フィリピン)

菲律宾迪利曼大学国家物理研究所（菲律宾）