エアロゾル単一粒子に含有する単一分子検出技術の基盤構築
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21H01687
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
瀬戸 章文 金沢大学, フロンティア工学系, 教授 (40344155)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平澤 誠一 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (30321805)
猪股 弥生 金沢大学, 環日本海域環境研究センター, 准教授 (90469792)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,530,000 (Direct Cost: ¥8,100,000、Indirect Cost: ¥2,430,000)
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| Keywords | エアロゾル / ラマン散乱分析 / 大気微粒子 / 静電分級 / 表面増強ラマン |
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| Outline of Research at the Start |
大気環境中のPM2.5や、居住空間に存在するエアロゾルに含まれる極微量の有機物分子や微生物（ウイルスやアレルゲン等）の制御は、現代社会が直面する最も大きな課題のひとつである。本研究では我々が有する気中微粒子（エアロゾル）の合成、計測、捕集、制御に関する技術を結集して、エアロゾル中の極微量分子の「高速・高分解能・高感度」計測法の確立を目指す。その実現のために、電気移動度分級（DMA）法と表面増強ラマン散乱法（SERS）を融合し、「単一分子レベルの検出感度」でその化学種・物性を認識できる究極のエアロゾルセンシング技術基盤を確立する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
環境中には分子状、あるいは微粒子状の様々な微量化学物質が存在しており、我々の健康や環境に影響を与えている。なかでも多感芳香族炭化水素などの有機化合物は、ごく微量でも生体に大きな影響を与えることが知られているが、従来の化学分析では検出が困難であることが課題になっている。このような環境中の極微量物質の計測法として、一分子レベルでの超高感度化学分析法が注目されている。本研究では、一分子レベルの超高感度化学分析が実現できる手法として表面増強ラマン散乱（SERS）に着目した。粒子形状、大きさ、堆積密度を制御した銀ナノ粒子を用いたSERS基板を作製し、環境中の極微量分子に対する超高感度分析を実現することを目的とした。
具体的なアプローチとして、噴霧乾燥法とレーザーアブレーション法という二つの手法を用いて銀ナノ粒子を生成し、気中浮遊状態のまま、加熱による球形化と静電分級による粒子径の制御を行うことで、粒子形状、粒子径、堆積構造を制御したSERS基板を作製した。得られた基板を用いてSERS増強効果を解析したところ、表面が平滑な球形粒子の方が、より高いSERS効果が得られ、最適条件においては、単一分子レベルの超高感度のSERS効果が得られることが明らかとなった。さらにSERS効果は基板に用いる粒子の粒子径や堆積量によっても変化し、50nmの銀ナノ粒子を導入した基板で最も高い増強効果が得られた。
これらの知見により、SERS効果に対する粒子径、粒子形状、堆積構造の影響が明らかとなり、環境中の極微量成分の検出法への広い適用が期待される。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(5 results)
