金ナノ構造の精密造形による表面プラズモンの局在化と高効率分子励起

• Project/Area Number: 17029048
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 山田 淳 九州大学, 大学院工学研究院, 教授 (30136551)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥5,400,000 (Direct Cost: ¥5,400,000); Fiscal Year 2006: ¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2005: ¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
• Keywords: 金ナノ粒子 / プラズモン / 光電変換 / DNA / 表面増強ラマン散乱 / 金ナノロッド / 光電変換素子 / 光電流 / 表面プラズモン

Research Abstract

二次元表面プラズモンを三次元ナノ空間に局在化させることにより、光の回折限界を打ち破る革新的な光制御・応用が可能となる。金は、可視〜近赤外域の光電場との相互作用により顕著な表面プラズモン共鳴をおこし、可視〜近赤外域の光が制御できる。そこで本研究では、平成16〜17年度に引き続き、ボトムアップアプローチにより様々な金ナノ構造体を構築し、ナノ構造表面の分子を高効率で励起し、表面増強ラマン信号への影響や電子移動反応で駆動する光電流発生反応の高効率化など、分子励起に基く新規光反応場の構築と反応系開拓についての研究を展開した。
(1)表面増強ラマン散乱(SERS)計測
形状の異なる金ナノ粒子の集積体を塩析法で作製し、アニーリングによる微細構造変化を表面吸着色素のSERSスペクトル変化で検討した。その結果、過塩素酸ナトリウムと水酸化ナトリウムを用いた場合で融合状態が異なり、前者を用いた場合の方がミクロ構造変化が起こりやすいことがわかった。
(2)生体分子の励起
金ナノ粒子とDNAの会合体を作製し、光照射によるDNAの放出実験について検討した。その結果、近赤外レーザー光を用いると、DNAの放出が認められた。また、金ナノ粒子の形態変化がタンパク質の構造変化にも影響を及ぼすことを明らかにした。
(3)光電流増強の改善
金ナノ粒子の二次元配列構造に色素を固定し、光電流挙動を検討した。ナノ構造体のプラズモンスペクトルや蛍光スペクトルの比較検討により、プラズモン電場による分子励起効率が向上することが確かめられた。さらに、電解法によるナノ珊瑚構造の電極やシリカ粒子を利用した金ナノ構造体からなる電極も合成した。これらに色素を固定し、光電流測定を行い、二次元構造体よりも大きなプラズモン電場の効果を見出した。

Research Products

• [Journal Article] Adsorption Characteristics of 4, 4'-Bipyridine Molecules on gold nanosphere Films Studied by Surface-enhanced Roman Scattering (2006)
  • Author(s): M.Suzuki et al.
  • Journal Title: Thin Solid Films 496 Pages: 740-747
• [Journal Article] Modification of Gold Nanorods Using Phosphatidylcholine to Reduce Cytotoxicity (2006)
  • Author(s): H.Takahashi et al.
  • Journal Title: Langmuir 22 Pages: 2-5
• [Journal Article] Gold Nanorode : Preparation, Characterization,and Applications to Sensing and Photonics (2006)
  • Author(s): S.Yamada et al.
  • Journal Title: Nanoplasmonics From Fundamentals to Applications 2 Pages: 255-273
• [Journal Article] Fabrication of Novel Photosystem I-gold Nanoparticle Hybrids and Their Photocurrent Enhancement (2006)
  • Author(s): N.Terasaki et al.
  • Journal Title: Thin Solid Films 499 Pages: 153-156
• [Journal Article] Gold Nanorod-sensitized Cell Death : Microscopic Observation of Single Living Cells Irradiated by Pulsed Near-infrared Laser Light in the Presence of Gold Nanorods (2006)
  • Author(s): H.Takahashi et al.
  • Journal Title: Transactions of the Materials Research Society of Japan 31-2 Pages: 409-412
• [Journal Article] 金ナノ構造の化学設計と光電変換への応用 (2006)
  • Author(s): 須川 晃資, 秋山 毅, 山田 淳
  • Journal Title: 光化学 37-1 Pages: 53-58
• [Journal Article] Adsorption characteristics of 4,4'-biphridine molecules on gold nanosphere films studied by surface-enhanced roman scattering (2006)
  • Author(s): Mototsugu Suzuki, Yasuro Niidome, Sunao Yamada
  • Journal Title: Thin Solid Films Vol.496 Pages: 740-747
• [Journal Article] Fabrication of novel photosystem I-gold nanoparticle hybrids and their photocurrent enhancement (2006)
  • Author(s): Nao Terasaki, Noritaka Yamamoto, Takashi Hiraga, Ikutaro Sato, Yasunori Inoue, Sunao Yamada
  • Journal Title: Thin Solid Films Vol.499 Pages: 153-156
• [Journal Article] A Photoelectonic Switching Device Using a Mixed Self-Assembled Monolayer (2005)
  • Author(s): Satoshi Nitahara, Tsuyoshi Akiyama, Shinobu Inoue, Sunao Yanada
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry B Vol.109 Pages: 3944-3948
• [Journal Article] Structural Characterization and Photocurrent Properties of cis-di(thiocyanato)-bis(4,4'-dicarboxy-2,2'-bipyridine) Ruthenium (II) Monolayers on the Gold Surfaces (2005)
  • Author(s): Nao Terasaki, Satoshi Nitahara, Tsuyoshi Akiyama, Sunao Yamada
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Vol.44,No.4B Pages: 2795-2798
  • NAID: 10015705638
• [Journal Article] Solid-State Solar Cells Consisting of Polythiophene-Porphyrin Composite Films (2005)
  • Author(s): Tsuyoshi Akiyama, Miho Matsushita, Keitaro Kakutani, Sunao Yamada, Kensaku Takeuchi, Tohru Shiga, Tomoyoshi Motohiro, Hideki Nakayama, Keiichi Kohama
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Vol.44,No.4B Pages: 2799-2802
  • NAID: 10015705667
• [Journal Article] Size-Growth of Gold Nanospheres Induced by the Pulsed-laser Irradiation of Polycation-Gold Nanoparticle Aggregates (2005)
  • Author(s): Takahiro Kawasawa, Hironobu Takahashi, Hideya Kawasaki, Yasuro Niidome, Sunao Yamada
  • Journal Title: Transactions of the Materials Research Society of Japan Vol.30, No.2 Pages: 571-574
• [Book] プラズモンナの材料の設計と応用技術 (2006)
  • Author(s): 山田 淳, 秋山 毅
  • Publisher: シーエムシー