微量有害物質の高感度なリアルタイム検出するセンサーを開発

理化学研究所(理研)は、異なるフェムト秒レーザー加工技術を融合することで、ごく微量の有害物質をリアルタイムで検出できる「3次元マイクロ流体表面増強ラマン散乱(SERS)センサー」を開発した。

理研 光量子工学研究センター先端レーザー加工研究チームの杉岡幸次チームリーダーらの研究チームが開発。ドイツの科学雑誌『Advanced Functional Materials』に掲載された。

大気、水、土壌、食品などに混入した有害物質は、ごく微量であっても、その蓄積により人体の健康に大きな影響を与る。本来混入してはならない有害物質を高感度で検出する技術の開発が必要となっている。

表面増強ラマン散乱(SERS)は、ナノサイズの金属構造表面に吸着したごく微量の物質を検出する手法として知られている。実験上、SERSは、バルク基板上のラマン散乱と比較して、ラマン散乱強度(検出感度)を106~108倍に増強でき、高感度な分析を可能にする。

今回、研究チームは、3次元ガラスマイクロ流体チップ内に、SERSセンサーを集積することを提案。まず、3次元マイクロ流体構造をガラスマイクロチップ内に構築し、さらに流体構造内部の所望の位置に金属薄膜を選択的に堆積した。堆積した金属薄膜に、金属のナノドット周期構造を形成。これら一連のプロセスは、1台のフェムト秒レーザーで行うことができる(全フェムト秒レーザー加工)。

形成したナノドット周期構造がSERSセンサーとして機能し、ガラス基板上でのラマン散乱[5]と比較して7.3×10の8乗 倍のラマン散乱強度の増強が得られた。その結果、10ppb(1ppbは10億分の1)の検出感度で、異なる濃度のカドミウムイオン(Cd2+)をリアルタイムで検出できたという。

理研によると、研究成果は、大気、水、土壌、食品などに含まれるごく微量の有害物質を、その場でリアルタイムに検出する技術への応用が期待できるという。

超高感度3次元マイクロ流体SERSセンサーを開発


カテゴリー: 情報通信 , 製造   

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