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ナノ粒子の空間分布制御を実現する新規粒子配列体の創成

Research Project

Project/Area Number 16J03375
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Nanomaterials chemistry
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

渡部 花奈子  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords微粒子材料 / ラトル型粒子 / 可動性コア / 粒子配列体 / 金属ナノ粒子 / 表面増強ラマン散乱 / 局在表面プラズモン共鳴 / ナノ材料 / 電場応答性 / 金ナノ粒子
Outline of Annual Research Achievements

金属ナノ粒子は、特異的な光学特性やセンシング特性を有することが知られている。これらの特性を制御、向上させるためにはナノ粒子同士を集める(集積化させる)ことが重要である。一方で、ナノ粒子は一般的に液中で不安定であり、溶液pHや温度変化など、周囲環境のわずかな変化にも耐えきれず凝集してしまう。以上の背景から、ナノ粒子の集積化と凝集のジレンマを解決する方法の開発が求められている。そこで本研究では、中空粒子構造を利用し、凝集しやすい金ナノ粒子の空間分布を電場印加により可逆的に制御することを目的とした。
まず複数個からなる金ナノ粒子のクラスターを格納した中空シリカ粒子合成し、光学特性評価を行ったところ、内包金ナノ粒子個数の増大に伴い粒子分散水溶液の吸収スペクトルは長波長側にシフトした。次に、同粒子のセンシング特性をラマンスペクトル測定により評価した。複数の金ナノ粒子を内包した中空粒子からは、単一の金ナノ粒子を内包した中空粒子と比較して55倍程度高いラマンスペクトル強度が検出された。
得られた金ナノクラスター内包型中空粒子を分散させた水溶液に対して交流電場を印加した。電場印加により同粒子が局所的に集まり、効率的にナノ粒子の特性を引き出せることがわかった。検出物質のラマンスペクトルを測定したところ、電場印加後には印加前と比べてラマンスペクトル強度が増強された。同粒子の集積⇔分散状態は電場のON/OFFの切り替えにより可逆的に制御可能であることも確認した。液中分散安定性の高い中空シリカ粒子は、電場等の外的な刺激を受け粒子同士が接近しても、電場を解除することで再度分散状態に戻ることができる。これにより、凝集しやすい金ナノクラスターの液中分散性が保たれ、可逆的な粒子空間分布の制御が実現した。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (31 results)

All 2019 2018 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (21 results) (of which Int'l Joint Research: 12 results,  Invited: 1 results) Book (1 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Int'l Joint Research] ユトレヒト大学(オランダ)

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    • Author(s)
      Kanako Watanabe, Yui Tajima, Takuya Shimura, Haruyuki Ishii, Daisuke Nagao
    • Journal Title

      Journal of Colloid and Interface Science

      Volume: 534 Pages: 81-87

    • DOI

      10.1016/j.jcis.2018.08.117

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  • [Journal Article] External-Stimuli-Assisted Control over Assemblies of Plasmonic Metals2018

    • Author(s)
      Kanako Watanabe, Kotaro Kuroda, Daisuke Nagao
    • Journal Title

      Materials

      Volume: 11 Issue: 5 Pages: 794-794

    • DOI

      10.3390/ma11050794

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Plasmonic properties of gold nanoparticle clusters formed via applying AC electric field2018

    • Author(s)
      Kanako Watanabe, Eri Tanaka, Haruyuki Ishii and Daisuke Nagao
    • Journal Title

      Soft Matter

      Volume: 印刷中 Issue: 17 Pages: 3372-3377

    • DOI

      10.1039/c8sm00097b

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  • [Journal Article] Yolk/Shell Colloidal Crystals Incorporating Movable Cores with Their Motion Controlled by an External Electric Field2017

    • Author(s)
      Kanako Watanabe, Haruyuki Ishii, Mikio Konno, Arnout Imhof , Alfons van Blaaderen, Daisuke Nagao
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 33 Issue: 1 Pages: 296-302

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.6b03116

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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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    • Author(s)
      波形光、大久保沙耶、渡部花奈子、石井治之、長尾大輔
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      マテリアル・ファブリケーション・デザインセミナー(東北大学)
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      中村幸佑、黒田昂太郎、渡部花奈子、石井治之、長尾大輔
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      K. Watanabe, E. Tanaka, H. Ishii, D. Nagao
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      N. Shigeta, K. Watanabe, H. Ishii, D. Nagao
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      European Colloid and Interface Society (ECIS), Ljubljana, Slovenia
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      T. A. J. Welling, S. Sadighikia, K. Watanabe, D. Nagao, A. van Blaaderen, M. A. van Huis
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      European Colloid and Interface Society (ECIS), Ljubljana, Slovenia
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  • [Presentation] 電場を用いた粒子空間分布の可逆的制御2018

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      渡部花奈子
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      材料化学システム工学討論会(同志社大学)
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  • [Presentation] 枯渇相互作用を利用した異方性粒子の選択的な粒子集積プロセスの検討2018

    • Author(s)
      志村拓哉, 渡部花奈子, 石井治之, 長尾大輔
    • Organizer
      化学工学会 第50回秋季大会(鹿児島大学)
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  • [Presentation] 微小空間での粒子配向制御に向けた金ナノロッド複合中空粒子の合成2018

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      黒田昴太郎, 渡部花奈子, 石井治之, 長尾大輔
    • Organizer
      化学工学会 第50回秋季大会(鹿児島大学)
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 粒子形状認識による新たな粒子3次元集積プロセスの開発2018

    • Author(s)
      渡部花奈子, 田島優衣, 志村拓哉, 石井治之,長尾大輔
    • Organizer
      第20回高分子ミクロスフェア討論会(岡山大学)
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  • [Presentation] Confined and nearly-free 3D mobility of silica, titania and gold nanoparticles studied with liquid phase TEM2018

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      T. A. J. Welling, K. Watanabe, S. Sadighikia, W.S. Vlug. D. Nagao, A. van Blaaderen and M. A. van Huis
    • Organizer
      Microscopy Characterisation of organic-inorganic Interfaces 2018
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 枯渇相互作用による異方性シリカ粒子の集積挙動について2018

    • Author(s)
      志村拓哉, 田島優衣, 渡部花奈子, 石井治之,長尾大輔
    • Organizer
      第20回化学工学会学生発表会
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  • [Presentation] A new method for controlling the clustering of nanoparticles in their assembly2017

    • Author(s)
      K. Watanabe, H. Ishii and D. Nagao
    • Organizer
      UK Colloids 2017
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  • [Presentation] 高感度分子センサーへの応用に向けた金ナノ粒子集積システムの提案2017

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      渡部花奈子, 石井治之, 長尾大輔
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      第49回化学工学会秋季大会
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  • [Presentation] Fabrication of Rattle-type particle assemblies incorporating movable cores for new device2017

    • Author(s)
      K. Watanabe
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      The 5th Dalian University of TechnoIogy - Tohoku University Joint Symposium on Chemistry
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  • [Presentation] Characterization of 2D and 3D rattle-type colloidal crystals incorporating movable, electro-responsive cores for new optical devices2017

    • Author(s)
      K. Watanabe, E. Tanaka, H. Ishii, M. Konno and D. Nagao
    • Organizer
      10th World congress of Chemical Engineering
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  • [Presentation] Plasmonic properties of gold nanoparticles in their assembly under application of AC electric field2017

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      K. Watanabe, H. Ishii and D. Nagao
    • Organizer
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  • [Presentation] Controls over motion and location of movable cores incorporated into yolk/shell colloidal crystal by external electric field2016

    • Author(s)
      Kanako Watanabe, Haruyuki Ishii, Mikio Konno, Daisuke Nagao
    • Organizer
      11th Korea-Japan Symposium on Material & Interface
    • Place of Presentation
      Gotenba, Shizuoka, Japan
    • Year and Date
      2016-11-02
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  • [Presentation] ラトル型粒子配列体に内包した可動性コアの電場による運動制御2016

    • Author(s)
      渡部花奈子, 石井治之, 今野幹男, 長尾大輔
    • Organizer
      第65回高分子討論会
    • Place of Presentation
      神奈川大学(神奈川県, 横浜市)
    • Year and Date
      2016-09-14
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  • [Presentation] Electric-field-assisted location control over inner cores incorporated into rattle-type colloidal crystals2016

    • Author(s)
      Kanako Watanabe, Daisuke Nagao, Haruyuki Ishii, Mikio Konno
    • Organizer
      6th International Colloids Conference
    • Place of Presentation
      Berlin, Germany
    • Year and Date
      2016-06-19
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    • Int'l Joint Research
  • [Book] 高分子微粒子ハンドブック「Yolk/Shell構造粒子」2017

    • Author(s)
      渡部花奈子, 長尾大輔
    • Total Pages
      10
    • Publisher
      株式会社シーエムシー出版
    • ISBN
      9784781312538
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  • [Remarks] Advanced in Engineeringに研究員が筆頭著者の論文が掲載

    • URL

      https://advanceseng.com/controlling-plasmonic-properties-metal-nanoparticles/

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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 光学素子、光学素子を用いたデバイスおよび光学素子の製造方法2016

    • Inventor(s)
      長尾大輔, 今野幹男, 渡部花奈子
    • Industrial Property Rights Holder
      東北大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2016-05-17
    • Related Report
      2016 Annual Research Report

URL: 

Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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