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» 2022年05月17日 15時00分 公開

グラフェン光源チップを用いた新しい赤外分析技術を開発医療技術ニュース

慶應義塾大学は、超微小な多層グラフェン光源チップと、これを用いた新しい原理の赤外分析技術を開発した。従来法や理論限界を超える、1μmという高い空間分解能を実証した。

[MONOist]

 慶應義塾大学は2022年4月19日、サブミクロンオーダーの超微小な多層グラフェン光源チップと、これを用いた新しい原理の赤外分析技術を開発したと発表した。従来のフーリエ変換赤外線分光装置(FT-IR)や理論限界の回折限界を超える、高い空間分解能が示された。

キャプション 左上図:開発したグラフェン光源の例。右上図:グラフェン光源による赤外分析技術の模式図。下図:開発したグラフェン赤外分析装置の概略図と実際の写真[クリックで拡大] 出所:慶應義塾大学

 研究では、最小500nm角の微小な多層グラフェンを用いた赤外光源を開発。このグラフェン光源チップに分析サンプルを近接させることで、微小なグラフェン光源チップからの赤外光を利用した赤外分析システムを開発した。

 同システムで赤外分析を実施したところ、発光面積が従来のFT-IR用光源の100万分の1という微小光源でも、従来と同様の赤外スペクトル分析が可能であることを実証した。

 また、サンプルをスキャンして赤外イメージング測定すると、空間分解能はFT-IRの10μm程度より高い1μmが示された。これは、グラフェン自体に直接生じる近接場によるもので、理論的な限界である回折限界を超える空間分解能が可能であることが明らかになった。

 化学イメージング観測を実証するため、特定の官能基に特徴的な波長でサンプルを分析したところ、物質の化学構造の空間分布を示す2次元イメージングが得られた。

キャプション 左図:市販のFT-IRとグラフェン光源分析を用いたポリスチレンの赤外吸収スペクトル。中図:二次元赤外イメージング像。右図:二次元化学イメージング(官能基吸収なしとO-H基吸収波長でのイメージング像)[クリックで拡大] 出所:慶應義塾大学

 分析手法として利用されるFT-IRは、ハロゲンランプやセラミック光源などミリ単位の熱光源が使用されている。そのため空間分解能が制限されており、可視光のような高分解能のイメージングが困難だった。今回開発したグラフェン光源を用いた赤外分析システムにより、小型かつ安価で、可視光並みのイメージングや微量分析が可能になるため、医療、バイオ、環境分析など各分野での応用が期待できる。

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