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赤外分析装置、赤外分析チップ、及び赤外イメージングデバイス

国内特許コード P210018009
整理番号 (S2018-0479-N0)
掲載日 2021年12月21日
出願番号 特願2020-506444
出願日 平成31年3月7日(2019.3.7)
国際出願番号 JP2019009025
国際公開番号 WO2019176705
国際出願日 平成31年3月7日(2019.3.7)
国際公開日 令和元年9月19日(2019.9.19)
優先権データ
  • 特願2018-072742 (2018.3.16) JP
  • 特願2018-129537 (2018.7.6) JP
発明者
  • 牧 英之
  • 深澤 佑介
出願人
  • 学校法人慶應義塾
発明の名称 赤外分析装置、赤外分析チップ、及び赤外イメージングデバイス
発明の概要 高い空間分解能と時間分解能をもち、チップ上への集積が可能な赤外分析の構成と手法を提供する。赤外分析装置は、ナノカーボン材料を発光材料に用いた光源と、前記光源から出力されサンプルを透過またはサンプルで反射された赤外光を検出する検出手段と、を有し、前記ナノカーボン材料は基板の表面に配置されて表面発光する。
従来技術、競合技術の概要

近赤外から中赤外の領域の分光測定では、フーリエ変換赤外分光(FT-IR:Fourier transfer infrared spectroscopy)で知られる赤外分光分析装置が実用化されている。赤外分光分析は、化学・バイオ・材料・物理等の分野における物質の構造解析・同定・定性・定量分析技術として、基礎研究から産業界まで幅広く利用されている。赤外分光分析や赤外吸収測定ではブロードな波長領域の赤外光源が必要であり、一般に、ハロゲンランプやセラミック光源といったマクロなサイズ(ミリメートルオーダー)で低速(応答速度が100ms程度)な黒体放射光源が用いられている。

可視~近赤外領域においては、近年、フェムト~ナノ秒の短パルス光源を用いた時間分解分光測定技術が進展し、時々刻々と進む化学反応や構造変化の過程を解明することが可能となっている。

可視光領域では、バイオ分野や医療分野での光技術の応用が進んでおり、対物レンズ等を用いた顕微分光測定によって、サブミクロンオーダーの空間分解能も得られている。可視光領域の蛍光マーカーを用いた、バイオイメージングやバイオチップ分析なども行われている。赤外領域でも、可視光領域と同程度の高い時間的および空間的な分解能を有する分光分析やイメージング技術が望まれる。

一方、カーボンナノチューブを用いた光源(たとえば、特許文献1及び非特許文献1参照)や、グラフェンを用いた光源(たとえば、特許文献1参照)が提案されている。

産業上の利用分野

本発明は、赤外分析装置、赤外分析チップ、及び赤外イメージングデバイスに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
ナノカーボン材料を発光材料に用いた光源と、
前記光源から出力され、サンプルを透過またはサンプルで反射された赤外光を検出する検出手段と、
を有し、
前記ナノカーボン材料は基板の表面に配置されて表面発光することを特徴とする赤外分析装置。

【請求項2】
前記光源の発光面は、使用波長以下の距離で前記サンプルに近接して配置され、前記光源自体の近接場光で前記サンプルを照射することを特徴とする請求項1に記載の赤外分析装置。

【請求項3】
前記光源は、突起状の前記基板の先端に配置され、前記サンプルに対して相対移動が可能であることを特徴とする請求項1または2に記載の赤外分析装置。

【請求項4】
前記サンプルをパルス刺激する励起源、
をさらに有し、
前記光源は、前記パルス刺激から所定時間遅延して、直接変調によるパルス光を出力することを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の赤外分析装置。

【請求項5】
前記光源と前記検出手段の間に配置され、前記サンプルを前記光源の近傍に供給するマイクロ流路を有する赤外分析チップ、
をさらに有することを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の赤外分析装置。

【請求項6】
前記光源と、前記検出手段は、前記赤外分析チップに集積されていることを特徴とする請求項5に記載の赤外分析装置。

【請求項7】
前記光源は、複数の赤外発光素子がアレー状に配列された赤外光源アレーであることを特徴とする請求項1に記載の赤外分析装置。

【請求項8】
前記複数の赤外発光素子の発光は切り替え可能であり、
前記検出手段は単一の検出素子で形成されていることを特徴とする請求項7に記載の赤外分析装置。

【請求項9】
前記光源の表面に、特定の物質と結合するプローブ物質が固定されていることを特徴とする請求項1、7、または8に記載の赤外分析装置。

【請求項10】
マイクロ流路が形成された基板と、
前記基板の第1の面の前記マイクロ流路が形成されている位置に集積される光検出/分光手段と、
前記基板の第2の面で前記光検出/分光手段と対向する位置に集積される赤外光源と、
を有する赤外分析チップ。

【請求項11】
赤外光を発光する複数の発光素子がアレー状に配列された光源基板と、
前記光源基板の表面で前記複数の発光素子に対応する位置に固定され、特定の物質と選択的に結合するプローブ物質と、
を有する赤外分析チップ。

【請求項12】
赤外光を発光する複数の発光素子がアレー状に配列された光源基板と、
前記光源基板に対向して配置される赤外線検出器と、
を有し、
前記光源基板の表面はサンプルの搭載が可能であり、
前記赤外線検出器は、前記複数の発光素子の発光タイミングと同期して動作することを特徴とする赤外イメージングデバイス。

【請求項13】
一対の電極の間に延設されるナノカーボン材料と、前記ナノカーボン材料にゲート電圧を印加するゲート電極とを有する光源素子が複数配列される赤外光源アレーと、
前記ゲート電圧を制御する電圧制御部と、
前記赤外光源アレーに対向して配置される赤外線検出器と、
を有し、前記電圧制御部は、前記ゲート電圧を変化させることで、前記ナノカーボン材料の長さ方向に沿ってホットスポットを掃引することを特徴とする赤外イメージングデバイス。

【請求項14】
複数の前記光源素子は、前記ホットスポットの掃引方向と直交する方向に配列されていることを特徴とする請求項13に記載の赤外イメージングデバイス。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2020506444thum.jpg
出願権利状態 公開
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