局在型および伝搬型表面プラズモン共鳴の結合による高感度疾病スクリーニング法の研究

定域与传播表面等离子共振相结合的高灵敏疾病筛查方法研究

基本信息

批准号：
14J09886
负责人：
李禮林
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、局在型および伝搬型表面プラズモン共鳴の結合による小型高感度かつ疾病バイオマーカに選択性を有する疾病スクリーニングセンサの開発を目的とする。そのために局在型表面プラズモン共鳴を励起する金微小球（径100nm）を、伝搬型表面プラズモン共鳴を励起する逆ピラミッド型凹構造（幅124nm)の中にトラップさせた周期的立体構造を考案した。微小球と凹構造の組合せによるプラズモン共鳴には二つのモードが存在することが3次元時間差分領域法による光学シミュレーションで分かった上で、それぞれの共鳴メカニズムを2次元有限要素法によって明らかにした。計算結果から、微小球と凹構造の間に形成される狭小ギャップに強い電場増強が確認され、その増強値は長波長側の共鳴波長で最大になることが分かった。更に、光エネルギーフローと電場分布の解析により、強い電場増強は微小球と凹構造の相互作用によるものであることを明らかにした。このような局在型と伝搬型表面プラズモン共鳴の結合に関する研究はまだ少なく、これらの結果はプラズモニクス分野の研究領域拡大へつながると期待できる。工学的には構造の周期性と簡単な自己組織化技術によるロバストな形状コントロール性を持ち、作製と評価の再現性確保が容易である。実際に直径100 nmの金微粒子を逆ピラミッド型凹構造の中にトラップした周期350 nmの立体構造配列を試作し、暗視野顕微鏡による散乱スペクトルからシミュレーション結果の妥当性を検証した。構造周りにベンゼンチオールを極微量ドープし、構造の共鳴波長に近い励起波長の633nmレーザーによるラマン散乱を計測し、表面増強ラマン散乱によるピーク強度の定量的に評価し、単分子計測による構造の強い表面増強ラマン散乱性能を検証した。

本研究的目的是通过结合局部和传播表面等离子体共振，开发一种紧凑、高灵敏度的疾病筛查传感器，对疾病生物标志物具有选择性。为此，我们设计了一种周期性三维结构，其中激发局部表面等离子体共振的金微球（直径100 nm）被捕获在激发传播表面等离子体共振的倒金字塔形凹结构（宽度124 nm）中。利用三维时差域方法进行光学模拟发现，微球与凹面结构结合产生两种模式的等离激元共振，并利用二维有限元方法阐明了各自的共振机制。计算结果证实了微球与凹结构之间形成的狭窄间隙中存在强电场增强，并且发现增强值在长谐振波长处最大。此外，对光能流和电场分布的分析表明，强电场增强是由于微球与凹面结构之间的相互作用。关于局域和传播表面等离激元共振耦合的研究还很少，这些结果有望导致等离激元领域研究领域的扩大。从工程角度来看，由于其结构的周期性和简单的自组装技术，它具有鲁棒的形状可控性，并且易于确保制造和评估的可重复性。我们实际制作了一个周期为350 nm的原型三维结构阵列，其中直径为100 nm的细金颗粒被捕获在倒金字塔形凹结构中，并从散射光谱验证了模拟结果的有效性使用暗视野显微镜。我们在结构周围掺杂了极少量的苯硫醇，使用激发波长接近结构共振波长的633 nm激光测量拉曼散射，通过表面增强拉曼散射定量评估峰值强度，并确定了强结构通过单分子测量验证了表面增强拉曼散射性能。

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）

Effective light concentration in gold short nanosphere chain on platinum mirror for surface-enhanced Raman scattering

DOI：
10.1063/1.4896688
发表时间：
2014-09-22
期刊：
APPLIED PHYSICS LETTERS
影响因子：
4
作者：
Lee, Yaerim;Abasaki, Minoru;Delaunay, Jean-Jacques
通讯作者：
Delaunay, Jean-Jacques

Gap Plasmons Multiple Mirroring from Spheres in Pyramids for Surface-Enhanced Raman Scattering

DOI：
10.1021/acsphotonics.6b00631
发表时间：
2016-12-01
期刊：
ACS PHOTONICS
影响因子：
7
作者：
Lee, Yaerim;Kamal, A. Syazwan A.;Delaunay, Jean-Jacques
通讯作者：
Delaunay, Jean-Jacques

Triple-walled gold surfaces with small-gaps for nonresonance surface enhanced Raman scattering of rhodamine 6G molecules

DOI：
10.1116/1.4938483
发表时间：
2016-01-01
期刊：
JOURNAL OF VACUUM SCIENCE & TECHNOLOGY B
影响因子：
1.4
作者：
Baba, Tatsuya;Lee, Yaerim;Takigawa, Ryo
通讯作者：
Takigawa, Ryo

High sensitivity refractive index sensing with strong light confinement in high-aspect-ratio U-cavity arrays

高纵横比 U 型腔阵列中具有强光限制的高灵敏度折射率传感

DOI：
10.1016/j.snb.2014.05.033
发表时间：
2014
期刊：
Sensors and Actuators B
影响因子：
0
作者：
Yaerim Lee;Etsuo Maeda;Ya-Lun Ho;Shigenori Fujikawa;and Jean-Jacques Delaunay
通讯作者：
and Jean-Jacques Delaunay