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質疑応答


質問   回答

Q1.治療目的で生体にテラヘルツ帯の電磁波を照射した場合には、患部に集中してエネルギーが吸収される必要があります。そのためにはテラヘルツ波を細いビームにする必要がありそうですが、それは可能でしょうか。

(A1)発表原稿のp41に「レイリーの分解能」や「アッペの分解能」を記載しましたが、実際にはこれらの光学理論の予測する分解能よりも、細いビームにテラヘルツ波を絞ることが可能です。現在までの段階で、製品レベルにおいて、西澤先生のグループがλ=200μmのテラヘルツ波を20μmでの分解能で画像撮影する装置を市場に提供しています。この製品は、光学レンズ(テフロンレンズ)と金属プローブ(近接場効果)を使ってビームに絞っております。この製品のように、極少プローブで電界を局在させるなどの電子顕微鏡に近いやり方が活用できます。
 テラヘルツ波検出用結晶として波長以下の厚みの結晶を用い、近接場イメージを測定することで、現在のところ、0.1 THzで波長の1/600の空間分解能が実現できています(F. Blanchard and K. Tanaka, Optics Letters 41, 4645 (2016))。更に波長 214.6 μmに対し、波長の約1/766の空間分解能の実現例も報告されています(河野行雄著、『チップ型近接場テラヘルツ分光イメージャーと量子伝導研究への応用』、表面科学、 Vol. 37, No. 12, pp. 586-592(2016))。
 また、メタマテリアルの領域でもレイリーの分解能に反するような分解能が提示されているようなので、種々の手法が開発可能と思われ、テラヘルツ波のビームを絞る今後の研究に期待したと考えています。

 
Q2.テラヘルツ波を感染予防に使った場合、散乱線が眼や皮膚にも照射されそうな気がします。通常の紫外線やガンマ線などの場合、眼の水晶体や皮膚の細胞は、ウイルスに較べるとはるかに、おそらく100倍くらいの程度以上、弱いので食事中に食卓で使うのは無理のような気がします。開店前の食卓や厨房などの消毒などには、有効なのでは。
最近、近県で鳥インフルエンザが発生して、多くの鶏が犠牲になっていますが、消石灰の代わりにテラヘルツ波を使うのもありかなという気がします。
  (A2)ご指摘のとおりの種々の分野での有効性が期待できます。しかし、残念ながら、今のところデータがありません。今後この分野の研究に多くの研究者が参加して、データの蓄積がされることを期待しております。


 
Q3.がん細胞の識別に適用するばあい、テラヘルツ波での撮影はどのようにして行うのでしょうか。また、どのくらいの分解能で撮影できるのでしょうか。もし、手術中に微小ながん組織を見分けられたら、がん手術療法の大進歩になりそうです。   (A3)発表原稿のp33の図22に紹介した癌細胞のテラヘルツ像は、癌細胞を有する臓器を体外に取り出し、臓器を160―200μmにスライスして透過型の測定をしたものです(Y. Miura et al., “Terahertz-Wave Spectroscopy for Precise Histopathological Imaging of Tumor and Non-tumor Lesions in Paraffin Sections”, Tohoku J. Exp. Med., vol.223, pp.291-296 (2011))。発表原稿のp33に紹介した画像は、250μmピッチで測定試料(臓器)を移動して撮像しているので、分解能は250μmレベルとなるとおもいます。
 実際の癌治療における癌細胞の識別は、透過型ではなく反射型が有効と考えます。例えば内視鏡にテラヘルツ波が透過する光ファイバを内蔵して、観察する方法が有効です。西澤先生の指導で、光ファイバによる撮像も予備実験としては既に成功していたようです。西澤先生の発明された屈折率分布型収束性光ファイバは画像伝送に好適なファイバです。
 発表原稿で紹介した方法は測定試料を移動する方法ですが、テラヘルツ波素子をマトリクス状に配列したテラヘルツ波イメージセンサを開発することにより20nmレベルの分解能のイメージセンサが開発可能と思われます。現在のフラッシュメモリは20nmレベル以下の超微細加工を実現しているので、現在の半導体加工技術で可能なレベルと考えられます。一辺が20nmの画素をマトリクス状に配列する場合は、現在のイメージセンサが用いている電子回路部分を別チップにした積層型の構造が良いと思われます。このテラヘルツ波イメージセンサを開発の研究にも大いに期待したいと考えています。
癌細胞のテラヘルツ像としては10μmレベルの分解能でよいでしょうから、このレベルの分解能は簡単に実現できると思われます。
 なお、西澤先生の発明ですが、露光用のフォトマスクを搭載したステージをサブミクロンの精度で移動させて、サブミクロンレベルの半導体微細加工用マスクパターンを形成するパターンジェネレータが製品化されています。この半導体露光装置に用いられたステージ移動機構の技術を、測定試料を移動する方法に採用することによっても、テラヘルツ波によるサブミクロンの分解能は可能です。
 
 
 

 
コメントコーナー
コメント1
時節柄、大変よくまとまった内容かと思います。


コメント2
電磁界関係に収載されていた「テラヘルツ波と非周期的結晶としてのウイルスとの相互作用」については最近注目されているウィルスの制御における次世代の光源テラヘルツ光の可能性について大変示唆に富むお話をいただけ、研究意欲をくすぐられました。テラヘルツ光と生体成分に対する相互作用がさらに明らかになり、成分の選択的不活化につなげることができれば殺菌の飛躍的な効率化に結びつくとの期待を感じました。今後友テラヘルツ光には注目するとともいつか自分自身も利用して現在主に取り組んでいる細菌芽胞やカビの殺菌に応用し、素材を損なわず標的とする病原微生物のみを殺滅できる手法の開発につなげたいと夢見た次第です。以上雑駁ですが、コメントとなれば幸いです。