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生体超分子の表面選択吸着機構の解明及び選択吸着技術を用いたナノ電子デバイスの創成

Research Project

Project/Area Number 10J00596
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Thin film/Surface and interfacial physical properties
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

橋元 達也  大阪大学, 大学院・工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2010 – 2012
Project Status Completed (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2012: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords局在表面プラズモン共鳴 / 表面プラズモン共鳴 / ナノバイオプロセス / バイオセンサー / プラズモニクス / 光検出器 / 局在鏡面プラズモン共鳴 / バイオナノプロセス / 自己組織化
Research Abstract

昨年度までにおいて,M-doped TiO_2層(10nm)上に金電極(100nm)と金ナノ粒子(GNP)プラズモンアンテナを形成したデバイスを作製し,波長400-800nmの範囲の光を照射しながら電流を測定した結果,波長620nm付近に光電流増大率ピークをもつ波長依存性を確認し,GNPの局在表面プラズモン共鳴(LSPR)を電気的に検出できることを示した.しかしながら,具体的なLSPR検出機構は明らかになっていない.そこで本年度では,実験的手法と計算的手法の両方を用い,LSPRの検出機構の解明を目指すとともにデバイス構造の最適化を行った.その結果,デバイスのAu電極膜厚を変えて光電流増大率を評価した実験より,Au電極膜厚が薄くなるにつれて波長620nm付近のピーク強度が増大することがわかった.この結果は,光照射によってAu電極表面に励起された電子が光電流に寄与していることを示している.また,光電流増大率のピーク強度の光照射角度依存性から,Au電極の表面プラズモン共鳴(SPR)が電子を励起していることを見出した.さらに,有限要素法の電磁場解析より,本デバイスの構造においてAu電極表面にSPRが起こり得ることを確認した.以上の結果より,光電流Au電極のSPRが,波長620nm付近の光電流増大率ピークの一因になっていることがわかり,金電極のSPRと金ナノ粒子のLSPRが互いに作用しあっていることを見出した.これは,金ナノ粒子の形状・サイズやAu電極の構造を設計・最適化することで,金ナノ粒子のLSPR波長とAu電極のSPR波長を一致させることができれば,信号強度(光電流増大率)の飛躍的な増大が期待できることを示している.本年度の成果は,バイオセンサーを半導体チップ上に集積した小型バイオセンサーチップの基盤技術の足がかりとなることが期待できる.

Report

(3 results)
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2013 2012 2011 2010 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (9 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Electrical detection of surface plasmon resonance phenomena by a photoelectronic device integrated with gold nanoparticle plasmon antenna2013

    • Author(s)
      T. Hashimoto, et al.
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 102 Issue: 8

    • DOI

      10.1063/1.4792210

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Practical protein removal using atmospheric-pressure helium plasma for densely packed gold nanoparticle arrays assembled by ferritin-based encapsulation/transport system2012

    • Author(s)
      T. Hashimoto, et al.
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 101 Issue: 7 Pages: 73702-73702

    • DOI

      10.1063/1.4745508

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Versatile protein-based bifunctional nano-systems (encapsulation and directed assembly) : Selective nanoscale positioning of gold nanoparticle-viral protein hybrids2011

    • Author(s)
      Bin Zheng, Tatsuya Hashimoto, et al
    • Journal Title

      Chemical Physics Letters

      Volume: 506 Issue: 1-3 Pages: 76-80

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2011.02.053

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Control of selective adsorption behavior of Ti-binding ferritin on a SiO2 substrate by atomic-scale modulation of local surface charges2011

    • Author(s)
      Tatsuya Hashimoto, et al
    • Journal Title

      Applied Physics Letter

      Volume: 99 Issue: 26 Pages: 263701-263701

    • DOI

      10.1063/1.3672043

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Fabrication and Evaluation of Photoelectronic Devices Integrated with Gold Nanoparticle Plasmon Antenna2012

    • Author(s)
      T. Hashimoto
    • Organizer
      5th International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology
    • Place of Presentation
      Nakanoshima Center (Osaka)
    • Year and Date
      2012-10-22
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 金ナノ粒子プラズモンアンテナを利用した光電子デバイスの提案とその実証2012

    • Author(s)
      橋元達也, 他
    • Organizer
      第73回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      松山大学・愛媛大学(愛媛)
    • Year and Date
      2012-09-12
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Plasmonic Property of High-density Gold Nanoparticle Monolayer Arranged using Ferritin Protein-base Encapsulation/Transport System2011

    • Author(s)
      Tatsuya Hashimoto
    • Organizer
      4th International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology
    • Place of Presentation
      Osaka, Japan
    • Year and Date
      2011-11-02
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] フェリチンタンパク質によるプラズモニックデバイス作製プロセスにおける大気圧Heプラズマ応用タンパク質除去技術の検討2011

    • Author(s)
      橋元達也
    • Organizer
      第72回秋季応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学(山形)
    • Year and Date
      2011-09-01
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Selective assembly of close-packed gold nanoparticle arrays on substrate by ferritin protein-base encapsulation system and their plasmonic properties2011

    • Author(s)
      Tatsuya Hashimoto
    • Organizer
      The 5th International Conference on Surface Plasmon Photonics
    • Place of Presentation
      Bussan, Korea
    • Year and Date
      2011-05-17
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] プラズモニックデバイス作製に向けたフェリチンタンパク質援用金ナノ粒子高密度選択配置技術の開発2011

    • Author(s)
      橋元達也
    • Organizer
      第58回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学(神奈川県)
    • Year and Date
      2011-03-25
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Ferritin protein-base versatile encapsulation/transport system for selective nanoscale positioning of targeted plasmonic Au nanoparticle2010

    • Author(s)
      橋元達也
    • Organizer
      MRS Fall Meeting
    • Place of Presentation
      Boston (U.S.A)
    • Year and Date
      2010-12-02
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] フェリチンタンパク質を用いた基板上への金ナノ粒子高密度選択配置とプラズモニック特性2010

    • Author(s)
      橋元達也
    • Organizer
      第30回表面科学学術講演会
    • Place of Presentation
      大阪大学(大阪府)
    • Year and Date
      2010-11-04
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] フェリチンタンパク質を用いた基板上への金ナノ粒子の選択配置とそのプラズモニック特性2010

    • Author(s)
      橋元達也
    • Organizer
      第71回応用物理学学術講演会
    • Place of Presentation
      長崎大学(長崎県)
    • Year and Date
      2010-09-15
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www-asf.mls.eng.osaka-u.ac.jp/homepage/gyouseki/2011.html

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www-asf.mls.eng.osaka-u.ac.jp/homgpage/gyouseki/2010.html

    • Related Report
      2010 Annual Research Report

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Published: 2010-12-03   Modified: 2024-03-26  

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