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グループ概要


光センシンググループ

研究目標
独自の光学的手法をベースとした微量微小物質検出技術、高感度分光技術、イメージセンシング技術、光波特性の変調・制御技術をコア技術とし、これらの技術を微細加工技術や各種高度計測手法によってサポートすることにより、健康な暮らしを誰もが享受できる社会、安全安心な住環境、より高い国際競争力を持つ工業・農業生産技術、の実現に資するセンシングシステムの開発を行います。また、新たなセンシングシステム構築に必要な高機能な光学素子、光学材料の開発を行います。

これらの技術開発を通じて
・生活安全や先進的農業に向けたウイルスや細菌、有害物質などに対するセンサシステム
・工業・農業生産プロセスの管理用センサシステム ・生体組織内の機能や形態の低侵襲、無侵襲センシング技術 ・新規インフラ点検技術
などの開発を推進します。

主な開発ターゲット


重点研究
1) オプティカルセンシング技術の開発
微量微小物質の検出技術、工業用材料、農産物などの特性を評価・モニタする技術の開発を行い、これらの技術をセンサとして実用化する開発を行います。具体的には、医用計測、微生物検出、汚染物質検出、食品安全性評価、材料評価、製造プロセス監視、農業生産プロセス評価などに関する技術開発を行います。

2) イメージングを用いた非接触または無侵襲計測技術の開発
健康、医療、診断、計測に資するイメージング技術の開発を行います。具体的には、経皮的な体内物質の定量的な測定技術、内視鏡を用いた体内のイメージング技術、構造物ヘルスモニタリング技術、材料表面の精密な三次元計測技術の開発を行います。

3) 光センシング技術をサポートする技術の開発
各種センサ実現の為の周辺技術や新しい光応用技術の開発を行います。例えば、血液中の血球と血漿を分離する機能や、検出対象物の状態によって検出の選択性を向上させる機能を持った機能的マイクロ流路の開発、センサ表面を構築する構造・表面修飾技術の開発、微小領域の光学的物性評価手法の開発、センサ開発に必要で、市場では入手困難な高性能光学素子の開発を行います。

独自の光学系をベースに開発を進めるイメージング・センシング技術の例


保有技術
イメージング技術:生体イメージング、分光イメージング、光ディスクを用いた超高速顕微イメージング、複屈折プロファイラ
分 光 技 術 :フーリエ分光、高感度分光・微弱光分光、ポータブル分光光度計、分光エリプソメトリ、蛍光測定、吸光度測定、反射光測定、散乱光計測、ラマン散乱測定
位 相 利 用 :光波制御技術、オプティカルコヒーレントトモグラフィー
光 学 材 料 :光記録、相変化材料、薄膜形成技術
設 計・解 析 :電磁場解析、表面プラズモン共鳴、導波路設計、光学設計、多変量解析
サポート技術  :マイクロ流路、表面化学修飾、高温熱物性評価
オリジナルセンサ:導波モードセンサ、V溝バイオセンサ、EFA-NIバイオセンサ、光ディスク型センサ、フジツボ型LSPRセンサ、曲面型LSPRセンサ

保有する特徴的センシング技術

・導波モードセンサ:薄膜導波路と近接場光学との融合から生まれた、微量物質検出用センサ。汎用性が高く、タンパク質や汚染物質の検出から、工業用材料の品質管理など、幅広く応用が可能。
・V溝バイオセンサ:表面プラズモン共鳴による電場増強を利用した蛍光検出型のバイオセンサ。簡易な光学系による蛍光標識バイオセンシングが特徴。
・フジツボ型LSPRセンサ:数百nmの開口を有する微細構造が示す高い局所電場増幅効果と物質捕集・濃縮機能に基づく鋭敏な吸収(反射)スペクトルシフトを計測することで高感度な非標識センシングを実現。
・曲面型LSPRセンサ:フジツボ型LSPRセンサのセンシング感度をさらに向上させ、かつ、工業生産を容易にした実用性の高いセンサプラットフォーム。偏光を利用した2波長センシングや吸着異方性解析など高度な基礎研究用途にも活用できる。
・EFA-NIバイオセンサ:外力支援近接場照明バイオセンサ。生体物質を磁気微粒子と光散乱微粒子でサンドイッチして「動く光点」を形成して検出。aM (600粒子/ml)レベルの極低濃度領域の検出に力を発揮。
・光ディスク型センサ:記録メディアである光ディスクを走査型顕微鏡に見立てて、光ディスク走査データを画像化するシステム。微小物質(記録ピット)検出技術とイメージング技術が融合したセンサ。

研究方針 「使う・伸ばす・創り出す」


主要論文
・ C. Kuroda、M. Nakai、M. Fujimaki、Y. Ohki,Development of a TiO₂/SiO₂ waveguide-mode chip for an ultraviolet near-field fluorescence biosensor, OPTICS EXPRESS,26-6,pp.6796-6805、(2018/03)
・ C. Kuroda、R. Iizuka、Y. Ohki、M. Fujimaki,Development of a dielectrophoresis-assisted surface plasmon resonance fluorescence biosensor for detection of bacteria, JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS,57-,pp.057001-1-057001-5、(2018/03)
・ H. Shiramizu、C. Kuroda、Y. Ohki、T. Shima、X. Wang、M. Fujimaki,Selective Detection of Escherichia coli by Imaging of the Light Intensity Transmitted Through an Optical Disk, Applied Physics Express,11-3,pp.037001-、(2018/01)
・ A. Watanabe、H. Furukawa,High-resolution and high-throughput multichannel Fourier transform spectrometer with two-dimensional in terferogram warping compensation, OPTICS COMMUNICATIONS,413-,pp.8-13、(2017/12)
・ F. Nakamura、K. Kato、M. Kuwahara、T. Tsuruoka、H. Kawashima、Y. Tsuda,Current driven optical gate switch using a Ge2Sb2Te5 thin film and an indium tin oxide heater, Proceedings of the 29th Symposium on Phase Change Oriented Science 2017,29-,pp.53-54、(2017/11)
・ Y. Sano、M. Kuwahara、G. Mizutani,Ab initio calculation of optical properties change of antimonide due to the melting, Proceedings of the 29th Symposium on Phase Change Oriented Science 2017,29-,pp.45-48、(2017/11)
・ Y. Tsuda、F. Nakamura、K. Kato、M. Kuwahara、H. Kawashima、T. Tsuruoka,Low-power consumption optical switches using phase-change material for a large capacity photonic network system, Proceedings of the 29th Symposium on Phase Change Oriented Science 2017,29-,pp.7-9、(2017/11)
・ R. Akimoto、H. Handa、S. Shindo、Y. Sutou、M. Kuwahara、M. Naruse、T. Saiki,Implementation of pulse timing discriminator functionality into a GeSbTe/GeCuTe double layer structure, OPTICS EXPRESS,25-22,pp.26825-26831、(2017/11)
・ H. Ashiba、Y. Iizumi、T. Okazaki、X. Wang、M. Fujimaki,Carbon Nanotubes as Fluorescent Labels for Surface Plasmon Resonance-Assisted Fluoroimmunoassay, SENSORS,17-11,pp.2569-、(2017/11)
・ T. Fukuda、A. Emoto,シリコーン粘着テープの種々の基板に対する接着特性の調査,鶴島 数也、同志社大学ハリス理化学研究報告,58-3,pp.31-38、(2017/10)
・ C. Kuroda、Y. Ohki、M. Fujimaki,Dielectrophoresis-assisted SPRF Illumination Biosensor for Selective Detection of Biological Substances, 2017 IEEE CONFERENCE ON ELECTRICAL INSULATION AND DIELECTRIC PHENOMENA,-,pp.253-256、(2017/10)
・ C. Kuroda、Y. Ohki、M. Fujimaki,Optimization of a waveguide-mode sensing chip for an ultraviolet near-field illumination biosensor, OPTICS EXPRESS,25-21,pp.26011-26019、(2017/10)
・ T. Nobukawa、D. Barada、T. Nomura、T. Fukuda,Orthogonal polarization encoding for reduction of interpixel cross talk in holographic data storage, OPTICS EXPRESS,25-19,pp.22425-22439、(2017/09)
・ J. Sakai、Satoshi Katano、M. Kuwahara、Y. Uehara,Pump–probe STM light emission spectroscopy for detection of photo-induced semiconductor–metal phase transition of VO2, JOURNAL OF PHYSICS-CONDENSED MATTER,29-,pp.405001-7 pages、(2017/08)
・ K. Kato、M. Kuwahara、H. Kawashima、T. Tsuruoka、Y. Tsuda,Current-driven phase-change optical gate switch using indium-tin-oxide heater, Applied Physics Express,10-7,pp.072201-4pages、(2017/07)
・ T. Saiki、T Shintani、M. Kuwahara、Philippe Regreny、Michel Gendry,Nanospectroscopy of single quantum dots with local strain control using a phase-change mask, JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS,56-,pp.08LA02-(9 pages)、(2017/07)
・ H. Ashiba、Y. Sugiyama、X. Wang、H. Shirato、K. Higo-Moriguchi、K. Taniguchi、Y. Ohki、M. Fujimaki,Detection of norovirus virus-like particles using a surface plasmon resonance-assisted fluoroimmunosens or optimized for quantum dot fluorescent labels, BIOSENSORS & BIOELECTRONICS,93-,pp.260-266、(2017/07)
・ H. Ashiba、Y. Sugiyama、X. Wang、H. Shirato、K. Moriguchi、K. Taniguchi、Y. Ohki、M. Fujimaki、Fluoroimmunoassay of norovirus virus-like particles using a V-trench biosensor optimized for quantum dot fluorescent labels、Biosensors and Bioelectronics、93-、pp.260-266、(2017/07)
・ K. Tsuno、Y. Akahori、T. Yui、H. Furukawa、A. Watanabe、M. Fujimaki、M. Oto、T. Katsuyama、Y. Iguchi、H. Inada、H. Minagawa,Highly-sensitive Near-infrared Spectroscopy System for Remote Monitoring of Concrete Structures, Journal of disaster research,12-3,pp.536-545、(2017/06)
・ T. Shimizu、T. Tanaka、S. Uno、H. Ashiba、M. Fujimaki、M. Tanaka、K. Awazu、M. Makishima,Detection of antibodies against hepatitis B virus surface antigen and hepatitis C virus core antigen in plasma with a waveguide-mode sensor, JOURNAL OF BIOSCIENCE AND BIOENGINEERING,123-6,pp.760-764、(2017/06)
・ T. Shima、X. Wang、H. Shiramizu、M. Fujimaki、K. Awazu、Y. Ohki, Blue-laser scanned imaging system using positioning marks formed on an optical disk substrate, JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS,56-5,pp.058003-1-058003-3、(2017/05)
・ C. Kuroda、Y. Ohki、H. Ashiba、M. Fujimaki、K. Awazu、M. Makishima、Design of a sedimentation hole in a microfluidic channel to remove blood cells from diluted whole blood、Japanese Journal of Applied Physics、56-、pp.037201-1-037201-6、(2017/02)
・ S. Urano、T. Fukuda、A. Emoto、Fabrication of High-Density Array of Barnacle-like Porous Structures Using Polystyrene Colloidal Particle Monolayer and Poly(vinyl alcohol) Coating、Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects、522-、pp.408-415、(2017/03)
・ A. Igarashi、T. Komori、T. Tamaki、H. Arimoto、T. Fukuda、W. Watanabe、Phase measurement of structural modifications created by femtosecond laser pulses in glass with phase-shifting digital holographic microscopy、Optical Engineering、56-11、pp.111702-1-111702-6、(2017/03)
・ T. Shima、X. Wang、H. Shiramizu、M. Fujimaki、K. Awazu、Y. Ohki、Blue-laser scanned imaging system using positioning marks formed on an optical disk substrate、Japanese Journal of Applied Physics、56-5、pp.058003-1-058003-3、(2017/03)
・ R. Lan、R. Endo、K. Kuwahara、Y. Kobayashi、M. Susa、Thermal and Electrical Conductivity of Ge1Sb4Te7 Chalcogenide Alloy、Journal of Electronic Materials、46-2、pp.955-960、(2017/02)
・ K. Yamaguchi、E. Yamamoto、R. Soma、B. Nakayama、M. Kuwahara、T. Saiki,Hydrodynamics of Active Colloids on GeSbTe Substrate Induced by Laser Heating, Proceedings of the 29th Symposium on Phase Change Oriented Science 2017,29-,pp.62-63、(2017/1)
・H. Arimoto、K. Kondo、Y. Yamada、D. Kawashima、N. Kakuta、近赤外域の単一波長を利用した中和反応で生成する塩濃度の可視化、可視化情報学会論文集合本、36-12、pp.62-70、(2016/12)
・M. Yasuura、M. Fujimaki、Detection of Extremely Low Concentrations of Biological Substances Using Near-Field Illumination、Scientific Reports、6-39241、pp.1-7、(2016/12)
・R. Lan、R. Endo、K. Kuwahara、Y. Kobayashi、M. Susa、Density measurement of solid and molten Sb2Te3 chalcogenide alloy by sessile drop method、High Temperatures-High Pressures、46-、pp.219-229、(2016/11)
・M. Fujimaki、K. Sato、Y. Ohki、近接場光学センサーを用いた硫酸銅めっき液中の添加剤管理方法、表面技術、67-11、pp.575-580、(2016/11)
・T. Nobukawa、T. Fukuda、D. Barada、T. Nomura、Coaxial polarization holographic data recording on a polarization-sensitive medium、Optics Letters、41-21、pp.4919-4922、(2016/10)
・R. Lan、R. Endo、K. Kuwahara、Y. Kobayashi、M. Susa、Thermal and Electrical Conductivity of Ge1Sb4Te7 Chalcogenide Alloy、Journal of Electronic Materials、46-2、pp.955-960、(2016/10)
・H. Ashiba、 Y. Sugiyama、 X. Wang、 H. Shirato、 K. Higo-Moriguchi、 K. Taniguchi、 Y. Ohki、 M. Fujimaki、 Detection of norovirus virus-like particles using a surface plasmon resonance-assisted fluoroimmunosensor optimized for quantum dot fluorescent labels、 Biosensors and Bioelectronics、 in press、(2016/08)
・J. Sakai、 M. Kuwahara、 M. Hotsuki、 S. Katano、 Y. Uehara、Selective scanning tunneling microscope light emission from rutile phase of VO2、Journal of Physics Condensed Matter、28-38、pp. 385002-(5pages)、(2016/07)
・H. Sano、 T. Shima、 M. Kuwahara、 Y. Fujita、 M. Uchiyama、 Y. Aono、 Response function of super-resolution readout of an optical disc studied by coupled electromagnetic–thermal simulation、 Japanese Journal of Applied Physics、 55、 pp.09SB02、(2016/07)
・T. Shima、 M. Fujimaki、 K. Awazu、 Optical-disk-based imaging system to be used as an optical microscope、 Japanese Journal of Applied Physics、 55、 pp.078002、(2016/06)
・H. Ashiba、M. Fujimaki、X. Wang、K. Awazu、T. Tamura、Y. Shimizu、Sensor Chip Design for Increasing Surface-Plasmon-Assisted Fluorescence Enhancement of the V-Shaped Trench Biosensor、Japanese Journal of Applied Physics、Vol. 55、 p. 067001、(2016/06)
・H. Furukawa、Real-time multi-channel Fourier transform spectroscopy and its application to non-invasive blood fat measurement、Sensing and Biosensing Research、vol. 8、pp.55-58、(2016/05)
・H. Ashiba、M. Fujimaki、K. Awazu、T. Tanaka、M. Makishima、Microfluidic chips for forward blood typing operated with a multichannel waveguide-mode sensor、 Sensing and Bio-Sensing Research、vol. 7、pp.121-126、(2016/03)
・H. Ashiba、M. Fujimaki、K. Awazu、M. Fu、Y. Ohki、T. Tanaka、M. Makishima、 Rapid detection of hemagglutination using restrictive microfluidic channels equipped with waveguide-modesensors、 Japanese Journal of Applied Physics、55-、pp.027002-、(2016/01)