光刺激に応答して基板上で集合状態が変わる金ナノロッドアレイの創製

• Project Area: Molecular Cybernetics -Development of Minimal Artificial Brain by the Power of Chemistry
• Project/Area Number: 21H05863
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (IV)
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 三友 秀之 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (50564952)
• Project Period (FY): 2021-09-10 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2022: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2021: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 金ナノロッド / 刺激応答 / アレイ

Outline of Research at the Start

金属ナノ材料は局在表面プラズモン共鳴などの優れた特性を示すため、様々な形状のナノ構造体が作製され、デバイスへと活用されてきた。一方で、生物は分子の構造や集合状態を動的に制御することで高度な機能を発現させている。本研究課題では、「金属ナノ材料の優れた特性」と「生体分子に見られる動的な状態制御による機能拡張性」を融合する手法の開発に取り組む。具体的には、研究代表者が開発してきたDNAブラシを足場とした金ナノロッドの配向制御技術を基盤とし、光刺激により位置・時間選択的に粒子の状態および表面プラズモン特性を制御可能な革新的デバイスの創製を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

金属ナノ粒子は表面プラズモン共鳴現象と呼ばれるバルク材料とは異なる特性を示す。中でも、棒状の金ナノ粒子（金ナノロッド）は近赤外領域に強い吸収を有し、光アンテナや高感度バイオセンサー、医用応用等への応用面で注目されている。この金ナノロッドの性質を制御し、高度に活用するためには、金ナノロッドの配向および集合状態を自在に制御可能にすることが重要である。研究代表者はこれまでに、「DNAブラシ」を利用したシステムに着目し、このDNAブラシに適度な静電相互作用力を賦与した金ナノロッドを吸着させることで、自己組織化的に垂直配向固定化できることを明らかにした。さらに、溶液環境を変えることで基板上で金ナノロッドの配向や集合状態を可逆的に制御できることも明らかにしてきた。一方で、これまでの溶液を変えるシステムでは、位置選択性がない等の課題があり、制御性の高い刺激に応答するシステムへの展開が期待されている。そこで本研究では、制御性の高い刺激である「光照射」による金ナノロッドの集合状態の制御システムを目指した。具体的には、研究代表者が開発してきた表面被覆分子によって温度応答性を有する金ナノロッドを調製し、DNAブラシ基板に吸着させた状態でも温度に応答して可逆的に集合・脱集合可能であることを確認した。さらに、表面被覆分子を検討することで、応答温度の調整を行い、適当な温度で応答可能な金ナノロッドアレイの調製に成功した。続いて、金ナノロッドが有する光熱変換機能を利用し、光照射により局所的にナノ粒子を加熱し、その熱をトリガーとして金ナノロッドアレイの状態を可逆的に制御可能にすることに取り組んだ。温度応答性分子で被覆した金ナノロッドの分散液に光照射を行うことで、金ナノロッドの集合化が誘起できることを確認した。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] DNA-Functionalized Silver Nanoparticles in an Alcoholic Solvent for Environment-Dictated Multimodal Actuation (2022)
  • Author(s): Kong Li、Wang Luyang、Shi Yali、Peng Lin、Liang Xingguo、Wang Guoqing、Mitomo Hideyuki、Takarada Tohru、Ijiro Kuniharu、Maeda Mizuo
  • Journal Title: ACS Applied Nano Materials Volume: 5 Issue: 8 Pages: 10321-10330
  • DOI: 10.1021/acsanm.2c01493
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Three-dimensional structure determination of gold nanotriangles in solution using X-ray free-electron laser single-particle analysis (2022)
  • Author(s): Nakano Miki、Miyashita Osamu、Joti Yasumasa、Suzuki Akihiro、Mitomo Hideyuki、Niida Yoshiya、Yang Ying、Yumoto Hirokatsu、Koyama Takahisa、Tono Kensuke、Ohashi Haruhiko、Yabashi Makina、Ishikawa Tetsuya、BESSHO YOSHITAKA、Ijiro Kuniharu、Nishino Yoshinori、Tama Florence
  • Journal Title: Optica Volume: 9 Issue: 7 Pages: 776-784
  • DOI: 10.1364/optica.457352
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Hysteresis in the Thermo-Responsive Assembly of Hexa(ethylene glycol) Derivative-Modified Gold Nanodiscs as an Effect of Shape (2022)
  • Author(s): Mba Joshua Chidiebere、Mitomo Hideyuki、Yonamine Yusuke、Wang Guoqing、Matsuo Yasutaka、Ijiro Kuniharu
  • Journal Title: Nanomaterials Volume: 12 Issue: 9 Pages: 1421-1421
  • DOI: 10.3390/nano12091421
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Core?Gap?Shell Nanoparticles@Polyaniline with Tunable Plasmonic Chiroptical Activities by pH and Electric Potential Dual Modulation (2022)
  • Author(s): Lin Han、Mitomo Hideyuki、Yonamine Yusuke、Guo Zhiyong、Ijiro Kuniharu
  • Journal Title: Chemistry of Materials Volume: 34 Issue: 9 Pages: 4062-4072
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.2c00313
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Thermo-responsive Silver Nanocube Assembled Films (2022)
  • Author(s): Mitomo Hideyuki、Takeuchi Chie、Sugiyama Ryo、Tamada Kaoru、Ijiro Kuniharu
  • Journal Title: Bulletin of the Chemical Society of Japan Volume: - Issue: 5 Pages: 771-773
  • DOI: 10.1246/bcsj.20220047
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Self-Assembly of Gold Nanorods into a Highly Ordered Sheet via Electrostatic Interactions with Double-Stranded DNA (2022)
  • Author(s): Nakamura Satoshi、Mitomo Hideyuki、Suzuki Shigeaki、Torii Yu、Sekizawa Yu、Yonamine Yusuke、Ijiro Kuniharu
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: - Issue: 5 Pages: 529-532
  • DOI: 10.1246/cl.220069
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vesicle Formation by the Self-Assembly of Gold Nanoparticles Covered with Fluorinated Oligo(ethylene glycol)-Terminated Ligands and Its Stability in Aqueous Solution (2021)
  • Author(s): Wei Jinjian、Huang Xiaoying、Zhang Liang、Chen Yuqin、Niikura Kenichi、Mitomo Hideyuki、Ijiro Kuniharu、Zhang Zhide
  • Journal Title: Langmuir Volume: 37 Issue: 32 Pages: 9694-9700
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.1c00996
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Non-origami DNA for functional nanostructures: From structural control to advanced applications (2021)
  • Author(s): Zhang Lan、Ma Xingyi、Wang Guoqing、Liang Xingguo、Mitomo Hideyuki、Pike Andrew、Houlton Andrew、Ijiro Kuniharu
  • Journal Title: Nano Today Volume: 39 Pages: 101154-101154
  • DOI: 10.1016/j.nantod.2021.101154
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Thermo-responsive Gold nanorods reversibly assemble flexible control with uniform orientation using DNA brushes (2023)
  • Author(s): Jingyan YANG, Hideyuki MITOMO, Yu SEKIZAWA, Yusuke YONAMINE, and Kuniharu IJIRO
  • Organizer: 日本化学会 第103春季年会
• [Presentation] Flexibly Configurable Gold Nanorod Arrays Templated on Polymer Brush Substrates (2023)
  • Author(s): Hideyuki Mitomo
  • Organizer: MATCON2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Flexibly Configurable Gold Nanorod Arrays on Polymer Brush Substrates (2022)
  • Author(s): Hideyuki Mitomo
  • Organizer: 2022 RIES-CEFMS Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Gold Nanorod Arrays with Flexible Structures on Polymer Brush Substrates (2022)
  • Author(s): Hideyuki Mitomo
  • Organizer: AsiaNANO 2022
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 高分子ブラシを利用した棒状金ナノ粒子の垂直配列化と配向変化 (2022)
  • Author(s): 関澤 祐侑・三友 秀之・与那嶺 雄介・磯野 拓也・田島 健次・佐藤 敏文・居城 邦治
  • Organizer: 第73回コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] Reversible assembly of gold nanorods in a DNA brush substrate in response to temperature (2022)
  • Author(s): Jingyan Yang, Hideyuki Mitomo, Yu Sekizawa, Yusuke Yonamine, Kuniharu Ijiro
  • Organizer: 第73回コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] 2次元平面上で構造を制御可能な金ナノロッドアレイの創製 (2022)
  • Author(s): 三友 秀之・楊 セイケン・関澤 祐侑・与那嶺 雄介・居城 邦治
  • Organizer: 第71回高分子討論会
• [Presentation] Assembly Temperature Tuning of Gold Nanoparticles Coated with Oligo(Ethylene Glycol) Derivatives by Free Volume Control of Surface Ligands (2021)
  • Author(s): H. Mitomo, K. Xiong, Y. Shi, Y. Yonamine, K. Ijiro
  • Organizer: Pacifichem 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Reversible assembly of gold nanorods in response to temperature in a DNA brush (2021)
  • Author(s): Jingyan YANG, Hideyuki MITOMO, Yu SEKIZAWA, Yusuke YONAMINE, and Kuniharu IJIRO
  • Organizer: Pacifichem 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Active Orientation Changes of Gold Nanorods on Polymer Brush Substrates (2021)
  • Author(s): Hideyuki Mitomo
  • Organizer: 2021 5+2 International Joint Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] DNAブラシに固定された金ナノロッドの塩濃度による可逆的な配向変化 (2021)
  • Author(s): 豊川知怜・三友秀之・関澤祐侑・与那嶺雄介・居城邦治
  • Organizer: 第72回コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] DNA高分子ブラシを鋳型とした金ナノロッドの刺激応答型配向変化 (2021)
  • Author(s): 関澤祐侑、三友秀之、豊川知怜、与那嶺雄介、居城邦治
  • Organizer: 第70回高分子討論会
• [Presentation] DNA ブラシ中に固定化された温度応答性金ナノロッドの可逆的な集合化 (2021)
  • Author(s): 楊 セイケン、三友秀之、関澤祐侑、与那嶺雄介、居城邦治
  • Organizer: 第70回高分子学会年次大会
• [Book] 金属ナノ粒子、微粒子の合成、調製と最新応用技術 第７章 第５節「金ナノ粒子の自己組織化と高感度バイオセンサへの展開」 (2021)
  • Author(s): 三友 秀之
  • Total Pages: 558
  • Publisher: 技術情報協会
  • ISBN: 9784861048623
• [Remarks] 研究室HP
  • URL: https://chem.es.hokudai.ac.jp/
• [Remarks] 研究室HP
  • URL: https://chem.es.hokudai.ac.jp