集束表面プラズモンを利用した顕微複屈折測定法の開発と細胞異常診断への応用

利用聚焦表面等离子体激元的微生物折射测量方法的开发及其在细胞异常诊断中的应用

基本信息

批准号：
21K04916
负责人：
加野裕
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Muroran Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は，集束表面プラズモンを測定プローブに用いた生体細胞の複屈折分布の可視化に向け，集束表面プラズモンを励起することができる基板上での生体細胞の培養を試みた．集束表面プラズモンを可視域で励起するとき，銀を用いると，金などを用いる場合と比べ，伝搬定数のピークが先鋭化させることができるが，銀は化学的に安定でないため，これまで，シリカのスパッタ薄膜で表面保護を行っていた．この基板を用い，ステージ2がん細胞の培養を試みたところ，シリカスパッタ膜の崩壊が確認され，細胞を培養することができないことが分かった．実験的な検証の結果，細胞培養に用いた培養液（DMEM）が要因となっていることを確認した．そこで，表面プラズモンセンシング基板の表面の保護にポリマー薄膜を用いる検討を行った．表面プラズモンセンシングでは，表面プラズモンが形成する電場はエバネッセント波となって局在し，金属表面から離れると指数関数的に減衰するため，保護膜の膜厚は測定感度に大きな影響を与える．これを考慮して，ポリマー薄膜の膜厚の目標値を10~20nmに定め，材料と成膜法の選定を行い，ポリメチルメタクリレイト（PMMA）をトルエンを溶解させ，スピンコーティング法で成膜することとした．その試行段階では，目標とする膜厚での成膜においては，膜厚が不均一になることが確認された．そこで，PMMAトルエン溶液を滴下する前に，銀表面に大気圧低温プラズマを照射し，銀表面の親水化を試行した．その結果，特定の照射条件において，銀表面の顕著な親水化を確認することができた．つづいて，PMMAの成膜を行，その評価を集束表面プラズモン顕微鏡で行った．測定領域15マイクロメートル平方とし，64 x 64点で表面プラズモンの伝搬定数を測定した，これをPMMAの膜厚に換算すると，目標とする膜厚で，均一性の高い薄膜の成膜に成功し，再現性も確認できた．

今年，为了使用聚焦表面等离子体激元作为测量探针来可视化活细胞的双折射分布，我们尝试在可以激发聚焦表面等离子体激元的基板上培养活细胞。当在可见光范围内激发聚焦表面等离子体激元时，与使用金或其他材料相比，使用银可以使传播常数的峰值变得尖锐，但银的化学性质不稳定，因此直到现在二氧化硅的表面都用溅射薄膜进行保护。当尝试使用该基材培养2期癌细胞时，证实二氧化硅溅射膜已破裂，无法培养细胞。实验验证的结果，确认细胞培养所使用的培养基（DMEM）是原因。因此，我们研究了使用聚合物薄膜来保护表面等离子体传感基板的表面。在表面等离子体传感中，表面等离子体形成的电场局域为倏逝波，并随着远离金属表面而呈指数衰减，因此保护膜的厚度对测量灵敏度有很大影响。考虑到这一点，我们将聚合物薄膜的厚度目标值设定为10至20 nm，选择材料和成膜方法，并通过将聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）溶解在甲苯中并使用旋涂来成膜我决定这样做。在试制阶段，确认成膜至目标厚度时膜厚不均匀。因此，我们尝试通过在滴加PMMA甲苯溶液之前用常压低温等离子体照射银表面来使银表面亲水。结果，我们能够确认银表面在特定的照射条件下变得显着亲水。接下来，我们形成了 PMMA 薄膜，并使用聚焦表面等离子体显微镜对其进行了评估。测量面积为15微米见方，在64×64点处测量表面等离子体的传播常数，当换算成PMMA的膜厚时，我们成功地形成了具有目标膜厚、再现性的高度均匀的薄膜。也得到了证实。