ナノメートルサイズの物質構造に光を当てると、その表面にとどまって遠くへ伝搬しない光、近接場光が発生する。また、屈折率の異なる媒体の平坦な境界面においても、特殊な界面ではエバネッセント波と呼ばれる界面に沿って進む光が生まれる。これら特殊な光は表面・界面のナノメートル空間に局在した光であり、それを使うことによって光の回折限界を超えたナノメートル空間分解能の光計測が可能となる。
今日では、一分子計測や材料評価、光分子デバイスの開発さらには光ナノ加工、光エネルギー変換といった化学・材料分野の研究、また、化学・バイオセンサーや細胞・生体イメージングなど環境、バイオ計測分野へと、その応用分野が大きく広がりつつある。こうした背景のもと本書では、近接場光あるいはエバネッセント光を利用したセンシングやイメージング技術について、その基礎からのバイオ・化学・デバイス分野への応用まで、各方面の先鋭の専門家に、最新の研究成果と関連した話題を分かりやすく執筆いただき、一冊の本としてまとめた。本書の内容が読者の関心や疑問に応えることができ、有効に活用していただければ幸いである。
目次
【基礎編】
第1章 近接場光学の基礎と発生（川田善正，朝日剛）
1. 全反射によるエバネッセント波の発生
2. エバネッセント波の振幅透過率・振幅反射率
3. 微細構造により生じるエバネッセント波
4. 微小開口によるエバネッセント波の発生
5. 表面プラズモン
5.1 表面プラズモンの分散関係
5.2 表面プラズモンの励起
5.3 局在プラズモン
6. アキシコンプリズムによるプラズモンの高効率励起
7. まとめ
第2章 走査プローブ顕微鏡（梅田倫弘）
1. マイクロテクノロジーからナノテクノロジーへ
2. STMの開発とAFMへの展開
2.1 STMの要素
2.2 AFMへの展開
3. 各種走査プローブ顕微鏡
4. 近接場光学顕微鏡
4.1 基本装置構成
4.2 近接場光学顕微鏡用プローブ
4.3 複屈折近接場光学顕微鏡
5. まとめ
第3章 開口型プローブ顕微鏡（斎木敏治）
1. はじめに
2. 微小開口の光学
3. 開口型NSOMの概略
4. 開口型光ファイバプローブ
4.1 作製工程
4.2 光透過効率
4.3 空間分解能
5. 開口型NSOMの測定例
第4章 MEMSプローブ（小野崇人）
1. MEMS技術
2. SPMプローブの作製と機能化，集積化技術
3. 近接場MEMSプローブ
第5章 光導波路センサー（遠藤達郎）
1. はじめに
2. 光導波路を用いたセンシングデバイス
2.1 光導波路とは
2.2 光導波路を用いたセンシング
3. 高分子光導波路バイオセンサー
3.1 光導波路バイオセンサーを用いたDNAの検出
3.2 高分子光導波路バイオセンサーの作製
3.3 高分子光導波路バイオセンサーによるDNAの検出
4. 印刷によるフォトニクスデバイス製造技術「プリンタブルフォトニクス」
5. おわりに
第6章 SPRセンサ（鈴木正康）
1. 表面プラズモン共鳴（SPR）現象とSPRセンサ
2. SPRセンサの構造
3. SPRセンサの測定対象
3.1 屈折率センサ
3.2 ガスセンサ
3.3 バイオセンサ
4. 種々のSPRセンサ
4.1 Biacore（TM）
4.2 超小型SPRセンサ
4.3 光ファイバ型SPRセンサ
4.4 SPRイメージングセンサ
5. おわりに
第7章 深紫外光表面プラズモン（川田善正）
1. はじめに―表面プラズモン―
2. Kretschmann配置による表面プラズモンの励起
3. アルミニウムの酸化による反射光強度の変化
4. 表面プラズモンを利用した光電子放出の増強
5. アルミニウムの保護コーティングの検討
6. まとめ
第8章 近接場ラマン分光の基礎（齊藤結花）
1. 近接場ラマン分光の歴史
2. 近接場ラマン分光の実験方法
3. 近接場光学
3.1 近接場光の数学的表記
3.2 近接場光を利用したラマン分光
4. 光を増幅させるナノ構造
4.1 ナノ・アンテナ
4.2 ギャップモード
4.3 イメージダイポール効果
4.4 表面プラズモンの波長依存性
5. 近接場ラマン分光下での偏光測定
6. ANSOMの実験例
第9章 局在表面プラズモン蛍光増強の基礎（朝日剛）
1. はじめに
2. 局在表面プラズモン共鳴と局在電場増強
3. 分子の光物理・化学初期過程と蛍光強度
4. 金属ナノ粒子による蛍光増強
4.1 局在プラズモン共鳴効果
4.2 蛍光消光
4.3 蛍光強度の増強
5. まとめ
【応用編 化学・デバイス分野】
第10章 近接場光学顕微鏡による高分子材料の構造評価（青木裕之）
1. はじめに
2. 薄膜中における高分子鎖のコンホメーション
3. 相分離構造中における高分子の構造
4. おわりに
第11章 近接場光を用いた原子の制御と検出（伊藤治彦）
1. 近接場光が原子におよぼす力
2. 原子の反射
3. 原子の偏向
4. 原子の検出
5. 原子ファネル
6. スピンクラスター
第12章 光MEMS（羽根一博）
1. 近接場光システムのためのMEMS技術
2. フォトリソグラフィとマイクロマシニング
3. 立体的集積のための光学マイクロベンチ
4. 集積型近接場光プローブとマイクロマシニング
第13章 界面反応計測（八木一三）
1. はじめに
2. 表面増強赤外吸収分光（SEIRAS：surface enhanced infrared absorption spectroscopy）
3. 可視-赤外和周波発生振動分光法（VSFG：Vis-IR vibrational sum frequency generation spectroscopy）
4. 今後の展望
第14章 プラズモン増強場を用いた光ナノ加工（上野貢生，三澤弘明）
1. はじめに
2. 局在表面プラズモン共鳴による光電場増強
3. ナノギャップ金構造を有するフォトマスクの作製
4. ナノギャップ金2量体構造の光電場強度分布
5. ナノギャップリソグラフィーの原理検証
6. おわりに
第15章 SERSを利用した化学・バイオセンシング（吉川裕之）
1. はじめに
2. SERSの増強メカニズム
3. SERS活性を示すナノ材料
4. SERSによる分子検出
5. SERSによるバイオセンシング
6. おわりに
第16章 量子ドットプラズモン太陽電池（齋藤隆雄）
1. 背景
2. MLDC法とCDC法
3. 量子ドットプラズモン太陽電池
4. 多波長への対応
5. 高効率化への道程
6. まとめ
【応用編 バイオテクノロジー分野】
第17章 近接場バイオイメージング（辰巳仁史）
1. はじめに
2. 近接場光顕微鏡の位置づけ
3. 全反射型近接場蛍光顕微鏡
4. 全反射型近接場蛍光顕微鏡を基礎とする超解像光学顕微鏡
5. 全反射型近接場蛍光顕微鏡を組み込んだマルチ計測顕微鏡によるカルシウムイオン高速時間分解イメージング
第18章 全反射照明での生物試料観察（寺川進）
1. はじめに
2. DNA
3. タンパク
4. 培養細胞
4.1 受容体とチャネル
4.2 開口放出
4.3 細胞内のシグナルタンパク
5. 脳標本
第19章 生体光計測（荒木勉）
1. はじめに
2. 近接場露光とAFMによる生体試料の観察
3. SERSスペクトルによる細胞内生体分子の同定
4. 近接効果による生体計測
4.1 FRET
4.2 非線形光学顕微鏡
第20章 局在プラズモン共鳴バイオデバイス（山中啓一郎，斉藤真人）
1. はじめに
2. リン脂質二重膜コア・シェル構造バイオチップによるメチリンのLSPR及び電気化学測定
3. コア・シェル構造バイオチップによるオンチップリアルタイムPCR測定
4. マイクロフロー型LSPRバイオデバイス
第21章 殺菌・医療用途を目指した深紫外LED光源の開発（平山秀樹）
1. はじめに
2. AlGaN系紫外LED高効率化への問題点とアプローチ
3. AlN結晶の高品質化と深紫外高効率発光の実現
4. 220-350nm帯AlGaN系深紫外LEDの実現
5. まとめ
第22章 テラヘルツ波の検査への応用（門脇和男）
1. はじめに
2. 測定法
3. 環境汚染物質の同定
4. 生体物質への応用
5. 医療・診断への応用
6. 薬物の検査
7. セキュリティ検査への応用
8. 美術品などの検査
9. その他
第23章 ナノ光学バイオセンサーの実用化の現状（民谷栄一）
1. 小型SPRセンサーの開発動向
2. シリコン-窒化シリコンチップと反射干渉分光システムを用いたバイオセンシング
3. 局在表面プラズモンチップを用いたマルチバイオセンサーシステムの開発
4. 高感度イムノクロマト検出キットの開発
