ナノ構造・配列制御した光-分子強結合反応場による近赤外蛍光増強と応用

• Project Area: Strong Photons-Molecules Coupling Fields for Chemical Reactions
• Project/Area Number: 21020028
• 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: 長村 利彦 九州大学, 産学連携センター, 特任教授 (90117200)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 冬樹 信州大学, 教育学部, 准教授 (80403921)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2010: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2009: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: 金ナノロッド / 近赤外蛍光 / DNA / 蛍光増強 / 金属ナノ構造体 / 偏光依存性 / 近赤蛍光 / 交互積層法

Research Abstract

本研究課題では,ボトムアップおよびトップダウン方式により作成した金ナノ構造体をベースとした光-分子強結合反応場を用いて,近赤外蛍光の強度に及ぼす影響について検討し,蛍光量子収率の低い色素分子の蛍光増強手段としての可能性、具体化、定量化の検討を目的とした.光-分子強結合場で蛍光放射速度定数を制御できるかについての検討も試みた.今年度は金属ナノ構造体を利用した近赤外励起蛍光の検討および励起波長および偏光依存性を中心に検討を行った.
電子ビームリソグラフィーにより作成された金ナノアレイを用いて近赤外光励起による蛍光の検討を行った.疎水化DNAを媒体として,近赤外蛍光色素IR780の蛍光増強に関する検討を行った.金ナノアレイの存在によって,14倍程度の蛍光増強(金属のある領域の面積で規格化)を達成した.次に,蛍光増強度の励起波長依存性を検討したところ,金ナノアレイのプラズモン吸収(消衰)スペクトルに対応した蛍光増強を示した.一方,IR780の蛍光スペクトルとプラズモン吸収とが重なる場合,ほとんど増強を示さなかった.これは,色素の励起状態から金ナノアレイへの励起エネルギー移動効率の増大によって蛍光消光が生じたためと考えられる.また,s偏光励起に比べ,p偏光励起の方が大きな増強効果が得られた,この事実は,蛍光増強が金ナノアレイの光学特性に依存した現象であることを示している.
局所電場増強がさらに大きいと期待される金ナノブロックのダイマー構造における増強効果の検証についても予備的な知見を得ている。このように本成果は、規則構造を有する金属ナノ構造体を利用した近赤外蛍光増強可能な光-分子強結合反応場の創成に重要な寄与が期待できる.

Research Products

• [Journal Article] Synthesis and electrochromic properties of a highly water-soluble hyperbranched polymer viologen (2010)
  • Author(s): T.Sakano, F.Ito, T.Ono, O.Hirata, M.Ozawa, T.Nagamura
  • Journal Title: Thin Solid Films Volume: 5 Pages: 1458-1463
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fluorescence properties of pyrene derivative aggregates formed in polymer matrix depending on concentration (2010)
  • Author(s): F.Ito, T.Kakiuchi, T.Sakano, T.Nagamura
  • Journal Title: Physical Chemistry Chemical Physics Volume: 12 Pages: 10923-10927
  • NAID: 120007112049
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Near-infrared fluorescence enhancement by regularly arranged gold nanoblocks (2010)
  • Author(s): F.Ito, R.Ohta, Y.Yokota, K.Ueno, H.Misawa, T.Nagamura
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 39 Pages: 1218-1219
  • NAID: 10027315870
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Polarization dependence for enhancement of near infra-red fluorescence intensity by local surface plasmon resonance from arranged gold nanoblocks (2010)
  • Author(s): F.Ito, R.Ohta, Y.Yokota, K.Ueno, H.Misawa, T.Nagamura
  • Journal Title: Molecular Crystals Liquid Crystals Volume: 538 Pages: 265-271
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High performance optical sensing of ethanol by guided wave mode geometry composed of two polymer layers (2010)
  • Author(s): T.Nagamura, H.Tanaka, R.Matsumoto
  • Journal Title: Sensor and Actuators B : Chemical 146 Pages: 253-259
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Excited-state relaxation process of free-base and oxovanadium naphthalocyanine in near-infrared region (2009)
  • Author(s): F.Ito, T.Inoue, D.Tomita, T.Nagamura
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry B 113 Pages: 5458-5463
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis and photophysical properties of a photoelectrochromic polymer containing bis(2-(4-pyridiniumyl)thiazole) chromophore (2009)
  • Author(s): T.Nagamura, Y.Sota
  • Journal Title: Austrian Journal of Chemistry 62 Pages: 871-876
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Formation of specific charge-transfer complexes between hyperbranched polymer viologen and neutral donors in solid films depending on donor fraction (2009)
  • Author(s): T.Sakano, F.Ito, O.Hirata, M.Ozawa, T.Nagamura
  • Journal Title: Chemistry Letters 38 Pages: 858-859
  • NAID: 10025125461
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ultrafast all-optical light modulation in the near infrared region by phase sensitive polymer guided wave mode geometry containing por-phyrin tapes (2009)
  • Author(s): R.Matsumoto, T.Nagamura, N.Aratani, T.Ikeda, A.Osuka
  • Journal Title: Applied Physics Letters 94 Pages: 253301-3
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Near-infrared fluorescence enhancement by regularly arranged gold nanoblocks (2010)
  • Author(s): R.Ohta, F.Ito, Y.Yokota, K.Ueno, H.Misawa, T.Nagamura
  • Organizer: Korea-Japan Joint Forum 2010 on Organic Materials for Electronics and Photonics (KJF2010)
  • Place of Presentation: Kitakyushu, Japan
  • Year and Date: 2010-08-23
• [Presentation] 表示素子材料としての光・電子機能性高分子薄膜の開発 (2010)
  • Author(s): 金善南・坂野豪・伊藤冬樹・長村利彦・田中章博・小澤雅昭
  • Organizer: 日本化学会第90春季年会
  • Place of Presentation: 近畿大学
• [Presentation] ビピリジニウム基を有する電子ドープ型半導体材料の合成と物性評価 (2009)
  • Author(s): 小野智則・坂野豪・伊藤冬樹・長村利彦
  • Organizer: 第46回化学関連支部合同九州大会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場
• [Presentation] Advanced polymer thin films for photonics and imaging (2009)
  • Author(s): T.Nagamura
  • Organizer: KJF-International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
• [Presentation] ビピリジニウムハイパーブランチポリマーと中性ドナー分子との電荷移動錯体形成 (2009)
  • Author(s): 金善南・坂野豪・伊藤冬樹・長村利彦・田中章博・小澤雅昭
  • Organizer: 第58回高分子討論会
  • Place of Presentation: 熊本大学
• [Presentation] 高分子薄膜中でのピレン誘導体の集合化にともなう蛍光変化 (2009)
  • Author(s): 伊藤冬樹・柿内俊文・長村利彦
  • Organizer: 2009年光化学討論会
  • Place of Presentation: 群馬大学
• [Presentation] Bio-nano-opto fusion by DNA ultrathin films in SPR geometry (2009)
  • Author(s): T.Nagamura
  • Organizer: International Symposium on Current Bioplastics and Biofihn Technology
  • Place of Presentation: Sungkyunkwan University, Suwon, Korea
• [Presentation] Ultrafast all-optical image processing based on molecular photorespons es in guided wave mode geometry (2009)
  • Author(s): T.Nagamura
  • Organizer: The 6th Korea-Japan Symposium on Frontier Photoscience
  • Place of Presentation: Korea University, Chungnam, Korea
• [Book] 化学者のための光科学 (2011)
  • Author(s): 長村利彦
  • Total Pages: 183
  • Publisher: 講談社
• [Book] 光科学研究の最前線2(強光子場科学研究懇談会編, 超高速分子フォトニクス) (2009)
  • Author(s): 長村利彦
  • Total Pages: 258
• [Book] 光科学研究の最前線2(強光子場科学研究懇談会編, エバネッセント光による高性能センシング) (2009)
  • Author(s): 長村利彦
  • Total Pages: 258