疾病予防のための呼気センサーの開発
【研究分野】生産工学・加工学
【研究キーワード】
ナノ・マイクロ加工 / メタマテリアル・表面プラズモン / メタマテリアル / 表面プラズモン
【研究成果の概要】
本研究の目的は、非侵襲の呼気ガスを用いた疾病予防システムを構築することである。人間は,呼吸によって酸素を取り込み、二酸化炭素を放出する。肺で行われるガス置換によって、酸化ストレスによる過酸化脂質(癌)や感染症による揮発性有機化合物(結核)などの有機分子(バイオマーカー)が呼気ガス中に現れる。例えば、非アルコール性脂肪性肝炎、強皮症、アルツハイマー、肺ガンに関連するバイオマーカーが存在する。本研究では呼気ガス中に含まれる有機物質を検知することで、疾病のモニタリングおよびスクリーニングを実現することを目指した。
我々はプラズモン共鳴による光学デバイスを設計、試作、評価した。サブ波長スケールの金属周期構造に生じるプラズモン共鳴によって、バイオマーカーに由来する分子振動波長と光スペクトルのピーク波長を一致させるため、特に、光スペクトルのピーク波長および感度の設計が重要であった。そこで、バイオマーカーの分子振動の波長帯である赤外線領域において、光シミュレーションと実験から、構造形状とピーク波長の関係、センサー表面の誘電率変化に対するピークの感度について考察した。結果として、これまで未解明であったサブ波長スケールの光学デバイスについての形状効果を用いた設計指針を示した。今後は、本研究で得られた設計概念を元にバイオマーカーを用いた反応を検証していく予定である。
【研究代表者】
ジェイジェイ ドロネー (J‐J Delaunay / J-J Delaunay) 東京大学 大学院・工学系研究科 准教授
(Kakenデータベース)