阪大,超高感度テラヘルツ波バイオセンサーチップを開発

大阪大学の研究グループは,レーザー光照射により非線形光学結晶から発生するテラヘルツ波を用いて,極微量溶液中の溶質濃度を高感度かつ定量的に検出できる超高感度バイオケミカルセンサーチップを開発した(ニュースリリース)。

テラヘルツ波は,分子の微弱な運動に作用することから,生命機能に関わる情報を抽出できる電磁波として次世代のバイオセンシング応用に期待されている。しかし,溶液をはじめとするバイオ関連サンプルの計測は,テラヘルツ波の回折限界と水への強い吸収の影響から,高感度・微量・定量測定が困難であり,コンパクトなセンサーチップの開発と普及を妨げる要因となっている。

今回,研究グループは,半導体の新しい評価手法として注目されているレーザーテラヘルツ放射顕微鏡を微量溶液測定に適用できないか検討する過程で,非線形光学結晶へのフェムト秒パルスレーザー光照射で局所的にテラヘルツ波が発生する点に注目した。

ここで発生するテラヘルツ波は,その波長(1テラヘルツは約0.3mm)よりも数桁小さい領域に集束した点光源であり,数アレイのメタマテリアルでも顕著な共鳴応答を示すことを発見した。これらをもとに,非線形光学結晶を下地基板としてマイクロ流路とメタマテリアルを有するチップを開発し,テラヘルツ波と流路内溶液を直接相互作用させることにより微量溶液の高感度かつ定量測定を実現することに成功した。

その一例として,ミネラルウォーターを使い,実量318ピコリットルの溶液中に存在するイオン濃度を最大で31.8フェムトモルの感度で検出できた。これは,従来のテラヘルツ波によるマイクロ流路を使った測定と比較して,約100分の1以下の溶液量で1000倍以上の検出感度を示している。

これにより,蛍光標識なしで様々な生体関連溶液の極微量評価が期待できる。例えば,血液や尿などにわずかに存在するバイオマーカー,インフルエンザウイルス,血中グルコース,DNAなどの検出により,ガンや糖尿病の早期発見や臨床現場での迅速な病理診断への貢献が期待される。また,生きた細胞の生育や化学反応などのリアルタイム観察など,医療・バイオ分野において幅広い波及効果が期待されるという。

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