光電変換を利用する新規高感度センサーの開発

• Project/Area Number: 16685013
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Functional materials chemistry
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 池田 篤志 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助教授 (90274505)
• Project Period (FY): 2004 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥27,170,000 (Direct Cost: ¥20,900,000、Indirect Cost: ¥6,270,000); Fiscal Year 2006: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2005: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2004: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000)
• Keywords: 光電変換素子 / ポルフィリン / 交互積層法 / デンドリマー / フラーレン / センサー / 分子認識 / ATP

Research Abstract

光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換素子の開発は、化石燃料に代わる代替エネルギーの必要性から非常に重要な課題の一つとなっている。そのような中、現在の技術では製造に高いコストがかかる無機材料に代わり、より製造コストを下げることが可能な有機材料を用いた光電変換素子の開発が注目されるようになった。その代表的な手法は、金電極やITO電極上に有機化合物を積層し、湿式セルを構築するというものである。本申請課題では湿式セルの電解質に検知したい物質を入れることにより、光電変換素子を利用してセンサーを作製することを目的とする。このようなシステムでは、センサーの大幅な小型化が目指せる。本申請者はすでに色素を交互積層法の利用により積層した光電変換素子の開発に初めて成功した。これらの素子では、電子ドナーとアクセプター間が従来の系のように共有結合でつながれているのではなく、弱い相互作用によって電極上に積層されている。従って、電極からこれらの分子が剥離する問題を常に抱えていた。そこで、今回直鎖状の高分子よりもデンドリマー状の高分子が色素などの固定化相、つまり"ナノボンド"として格段に高い安定性と密着性を有することが示された。さらに、デンドリマーの世代が大きくなるにつれ、光電変換の量子収率が飛躍的に上昇したことから"正のデンドリマー効果"が発現することが明らかとなった。この成果を利用して、今後センサーへの応用につなげられると期待される。

Research Products

• [Journal Article] An Extremely Effective DNA Photocleavage Utilizing Functionalized Liposomes with a Fullerene-Enriched Lipid Bilayer (2007)
  • Author(s): A.Ikeda, Y.Doi, M.Hashizume, J.Kikuchi, T.Konishi
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society 129・14 Pages: 4140-4141
• [Journal Article] Induction of cell death by photodynamic therapy with water-soluble lipid-membrane-incorporated [60]fullerene (2007)
  • Author(s): A.Ikeda, Y.Doi, K.Nishiguchi, K.Kitamura, M.Hashizume, J.Kikuchi, K.Yogo, T.Ogawa, T.Takeya
  • Journal Title: Organic ＆ Biomolecular Chemistry 5・7 Pages: 1158-1160
• [Journal Article] Positive Dendritic Effect in DNA/Porphyrin Composite Photocurrent Generators Containing Dendrimers as the Stationary Phase (2006)
  • Author(s): S.Ogasawara, A.Ikeda, J.Kikuchi
  • Journal Title: Chemistry of Materials 18・25 Pages: 5982-5987
• [Journal Article] 高濃度C_<60>内包リボソームの新調製法とそのDNA光切断能の評価 (2006)
  • Author(s): 池田篤志, 菊池純一
  • Journal Title: 月刊「高分子加工」別冊 55・4 Pages: 180-184
• [Journal Article] Control of Self-Aggregation of Fullerenes by Connection with Calix[4]arene : Solvent- and Guest-Effects to Particle Size (2006)
  • Author(s): A.Ikeda, T.Irisa, T.Hamano, T.Kitahashi, Y.Sasaki, M.Hashizume, J.Kikuchi, T.Konishi, S.Shinkai
  • Journal Title: Organic & Biomolecular Chemistry 4・3 Pages: 519-523
• [Journal Article] Water-Solubilization of Nucleotides-coated Single-Walled Carbon Nanotubes Using High-speed Vibration Milling Technique (2006)
  • Author(s): A.Ikeda, T.Hamano, K.Hayashi, J.Kikuchi
  • Journal Title: Organic Letters (in press)
• [Journal Article] Photocurrent-Boosting by Intramembrane Electron Mediation between Titania Nanoparticles Dispersed into Nafion-Porphyrin Composites (2005)
  • Author(s): A.Ikeda, Y.Tsuchiya, T.Konishi, S.Ogasawara, J.Kikuchi
  • Journal Title: Chemistry of Materials 17・15 Pages: 4018-4022
• [Journal Article] New Morphology-Controlled Poly(aniline) Synthesis Using Anionic Porphyrin Aggregate as a Template and Proton-Driven Structural Changes in the Porphyrin Aggregate (2004)
  • Author(s): T.Hatano, A.-H.Bae, M.Takeuchi, A.Ikeda, S.Shinkai
  • Journal Title: Bulltein of the Chemical Society of Japan 77・10 Pages: 1951-1957
  • NAID: 10013738076
• [Journal Article] Supramolecular design of photocurrent-generating devices using fullerenes aimed at modelling artificial photosynthesis
  • Author(s): T.Konishi, A.Ikeda, S.Shinkai
  • Journal Title: Tetrahedron (In press)
• [Book] 図解 高分子材料のすべて(國武 豊喜監修) 第一章の一部 光電変換素子 -自己組織化の利用- (2005)
  • Author(s): 池田 篤志
  • Total Pages: 4
  • Publisher: 工業調査会
• [Book] Supramolecular design of photocurrent generators toward modeling of photosynthesis systems, in BOTTOM-UP NANOFABRICATION : Supramolecules, Self-Assemblies, and Organized Films
  • Author(s): A.Ikeda
  • Publisher: American Scientific Publishers(In press)
• [Patent(Industrial Property Rights)] C70含有リポソームおよびその製造方法、並びにその利用 (2007)
  • Inventor(s): 池田篤志, 菊池純一
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人奈良先端科学技術大学院大学
  • Industrial Property Number: 2007-031340
  • Filing Date: 2007-02-09
• [Patent(Industrial Property Rights)] カーボンナノチューブを含む水溶液の製造方法 (2005)
  • Inventor(s): 池田 篤志, 菊池 純一
  • Industrial Property Rights Holder: 奈良先端大
  • Industrial Property Number: 2005-201789
  • Filing Date: 2005-07-11
• [Patent(Industrial Property Rights)] カーボンナノチューブ分散液の製造方法 (2005)
  • Inventor(s): 池田 篤志, 菊池 純一
  • Industrial Property Rights Holder: 奈良先端大
  • Industrial Property Number: 2005-365277
  • Filing Date: 2005-07-11