表面プラズモンセンサによる液体、気体の濃度測定
熊本高等専門学校 情報通信エレクトロニクス工学科教授

松田豊稔

教授

小田川 裕之表面プラズモンセンサの（i）シミュレーション、（ii）試作

研究室紹介

機の製作、（iii）液体及び気体の濃度測定への応用の３つの平成24年12月５日から７日まで幕張メッセで開催されたテーマを研究しています。図３は、卒研生が試作した周期2012」 の 協 力 イ ベ ン ト「THE 高 専 @構造型表面プラズモンセンサのチャンバーとその中にあるSEMICON」に、熊本高等専門学校より松田・小田川研究周期構造（アルミ格子）であり、下記のグラフはアルゴン「 セ ミ コ ン Japan

室が、株式会社ニコンテック様のブースを借りて参加させ中の水素濃度を測定した結果です。水素濃度の違いによりていただきました。

縦軸のセンサ出力の時間応答が異なり、現在0.1％までの水

松田・小田川研究室では、金属表面に励起するプラズモ入射光反射光
ン波の共鳴励振を利用したセンサ（SPRセンサ：Surface素濃度の検出が可能となっています。この結果は、屈折率tanχの小数点以下5、6桁目の変動を検出できる感度です。

Plasmon Resonance Sensor）に関する研究を行っています。
SPR センサは、金属表面に試料を配置して光を照射し、そθの反射光から試料の屈折率の変動を検出するもので、抗体プリズム抗原反応を検出するバイオセンサとして製品化され、また金属薄膜
液体や気体の濃度を測定するセンサにも応用されています。
SP
試料
実用化されている SPR センサのほとんどは、図１に示す

SP

試料

金属格子

プリズム型、つまり金の薄膜を蒸着したプリズムに光を照射したときの吸収角（反射光強度が急激に減少する入射角）(アルミ格子)金属薄膜に表面プラズモンが励起し、入射光エネルギーのチャンバー金属による共鳴吸収が発生したためです。
入射光
反射光

入射光

プリズム

金属薄膜

プリズム

試料

試料

金属薄膜
試料

図 3 周期構造型表面プラズモンセンサの試作機

θθ

SP
試料

SP

アルゴン中の水tanχ

tanχ

反射光

センサヘッド

試料封入

θSP から試料の屈折率を検出します。反射光強度の減少は、

SPSP

金属格子
金属格子
センサヘッド

試料封入
試料封入

図 1 プリズム型
図１ プリズム型
表面プラズモンセンサ(アルミ格子)
図 2 周期構造型
図２ 周期構造型
表面プラズモンセンサ
チャンバー
表面プラズモンセンサ
表面プラズモンセンサ

アルゴン中の水素濃度変化による時間応答
アルゴン中の水素濃度変化による時間応答

図 3 周期構造型表面プラズモンセンサの試作機と測定結果
図３ 周期構造型表面プラズモンセンサの試作機と測定結果
表面プラズモン波は、プリズムの他に周期構造（図２の金属格子）でも発生させることができ、筆者らは、周期構造に励起する表面プラズモンセンサについて研究してきま

展示内容した。そして、SPR センサの屈折率変動の検出感度を上げ

THE 高専 @SEMICON には、卒研生が４月から行っている方法として、反射光の強度ではなく偏光パラメータからる卒業研究の成果を「表面プラズモンセンサによる液体、吸収角を検出する方法を提案しています。

気体の濃度測定」のタイトルで発表しました。偏光を利用研究室の卒業研究では、この偏光を利用した周期構造型試料封入
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SEAJ Journal 2013. 4 No. 141

した周期構造型表面プラズモンセンサの測定原理を紹介し高専／高校セミコンとを相手に伝えることの難しさです。
来場者の方々は、時間的に余裕のない方がほとんどです。その中で、専門知識の有無に関わらず分かるように伝えるのは非常に難しかったです。また、来場者の方は外国の方も多くおられ英語の必要性を深く実感しました。この経験を生かし、今後は伝えたいものを相手に伝えるための練習や英語の勉強
図４ 試作したセンサと展示の様子

図５ 海外からの来場者に英語で説明する卒研生をしていきたいと思います。
情報通信工学科５年

藤井 寿太郎た後で、試作したセンサのチャンバーに、ノンアルコール私がセミコンジャパンに参加して思ったことは、人にプビール、ビール、ウォッカ、水を入れたそれぞれの容器中レゼンすることは難しいということです。私たちは、プラのガスを封入し、気化したアルコール濃度の違いを検出すズモンセンサを出展しましたが、プラズモンとはあまり一る実演を行いました。図４に、センサの試作機と測定試料（ノ般的には知られていないものです。なので、知らない方にンアルコールビール、ビール、ウォッカ、水を入れた容器）も興味を持ってもらうように、ポスターでの説明やデモンを示していますが、封入するガスによりディスプレイ上のストレーションを行いましたが、なかなか理解してもらえセンサ出力が変化します。

ませんでした。それから、出展の準備から展示まで多くの期間中の３日間に、多くの来場者があり、研究内容に興方々にお世話になり、感謝の気持ちでいっぱいです。あり味を持って頂き、実演も好評でした。研究室以外での試作がとうございました。

機による実演ははじめてでしたので、準備から組立て、動情報通信工学科５年

中村高道

作確認まで上手くいかないことも多かったのですが、どう

私たち学生は、一般の人達に研究の説明をするという機にか乗り切り、卒研生は手ごたえを感じていました。来場会がほとんどありません。したがって、セミコンジャパン者の方から、研究に直接関係するものから実用化や市場規では企業や一般の方々に説明をするという点で、私たちは模など幅広い質問を受け、卒研生には答えられないものも貴重な経験をすることができました。どうすれば伝えられありましたが、今後の研究の刺激になったようです。また、るのか試行錯誤してみたものの、懇親会のパーティでもっ

図５のように海外からの来場者もありましたが、卒研生のと一般の人でもわかるように説明する事と言われたのを覚一人に留学経験があり、英語で上手く説明することができえています。セミコンに参加して、技術的なことから社会ました。今回の出展は、卒研生にとって自信を深めるととの事、世界の今後など多くの知識と見識を得ることができもに、これからの勉強の必要性を痛感した貴重な経験となたと思います。

りました。

―感想― セミコン JAPAN2012に参加して情報通信工学科５年

野口謝辞 「THE 高専 @SEMICON」を開催して頂きました関
係者の皆様には、感友熙

謝とともにお礼を申「自分たちの100％を出展する。」 これが私達のキーワー

し 上 げ ま す。 な お、ドでした。表面プラズモンセンサの実機を持って行き、気本校の「THE 高専 @体検知のデモンストレーションを行う。たったこれだけのSEMICON」 へ の 出ことが、我々には極めて難しいことだったのです。研究室

展では、発表の準備のメンバーと構想を練り、装置の再設計と間取りの計算やから設営・展示まで綿密な打ち合わせなど、普段研究室に籠っているだけでは株式会社ニコンテッ

決してできない経験でした。そして、実際の展示では、そクのご支援とご指導の道のプロからの質問や、興味津々といった様子で足を止を頂きました。

め、デモを見て下さった方々にプレゼンをするのは至極の幸せでした。
情報通信工学科５年

杉町悠太

図６ 懇親会での自己紹介

セミコンジャパンに出展して感じたことは、伝えたいこ

右から 野口 杉町 藤井 中村SEAJ Journal 2013. 4 No. 141

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