2016 Fiscal Year Annual Research Report
機能分子組織化DNA・金ナノ粒子複合薄膜による革新的高効率光アップコンバージョン
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16H03838
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| Research Institution | Kitakyushu National College of Technology |
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Principal Investigator |
長村 利彦 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 特命教授 (90117200)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松田 直樹 国立研究開発法人産業技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (10344219)
竹原 健司 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 教授 (50249877)
川井 秀記 静岡大学, 工学部, 准教授 (80324341)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 水溶液中のエネルギー上方変換 / DNA / 金ナノ粒子薄膜 / 局在表面プラズモン共鳴 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は次のような点を検討した。１）カチオン性の新規可視域増感剤および発光剤の合成、２）励起三重項寿命や発光量子収率測定、３）水溶液中（DNA有・無）での可視光によるアップコンバージョン(UC)の実現、４）カチオン性の新規可視域増感剤および発光剤を濃縮固定化したDNA超薄膜の構成とUC観測用セルおよび光学系の構成。
具体的には、緑色を吸収するtetrakis(N-methyl- pyridinium-4-yl)porphyrinのパラジウム錯体と青色蛍光を示す9,10-bis(4’-trimethylammmonium-phenyl)anthracenceを合成し、水溶液中（DNA有・無）での532nm半導体レーザー励起により400-500nmで青色発光するUCを実現した。同じ条件でのUC強度はDNAの存在により5-10倍も増加した。また532nmパルスレーザー励起によるUC蛍光の時間依存性から発光剤励起三重項寿命を評価し、DNA存在系では寿命69.2μ秒の単一成分、DNA不在系では2.7μ秒(87%)と12.8μ秒(13%)の二成分にな理、DNAによって発光剤励起三重項寿命が著しく増加することを明らかにした。UC蛍光の励起強度依存性が二次から一次に変わる閾値がDNAの存在により役半分になることなどとあわせてDNAが色素を濃縮固定化しUC効率を著しく向上させる効果を明らかにした。絶対量子収率測定装置では励起強度が弱いためと思われるが、UC蛍光量子収率は求められなかった。さらに脱気条件下で色素含有DNA超薄膜の蛍光、燐光、UC蛍光を測定するための特殊セルを設計・製作して、UC観測光学系を構成した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実績の概要に述べたように本年度計画のうち、1）-3）は順調に進み、その結果をまとめてACS Biomaterials Science and Engineering誌に投稿した。minor revisionという査読結果が届き、現在各コメントに対する回答を準備中である。4）に関してはこれまで報告がなく、色素含有DNA超薄膜の局在表面プラズモン共鳴によるUC増強という最終目的を達成するにはいくつかの解決すべき課題があることは当初から予想していた。研究代表者らは、銀ナノ薄膜の特定の入射角での表面プラズモン共鳴で色素固定化DNA超薄膜の蛍光スペクトルが通常より２桁高感度で測定した実績を持つ。本年度に、膜厚が25-30nmというDNA超薄膜に固定化した色素の蛍光測定は空気中で成功し、金ナノ粒子薄膜上ではガラス基板のみに比べて蛍光強度がかなり増加するという結果をすでに得ている。脱気条件下で色素含有DNA超薄膜の蛍光、燐光、UC蛍光を測定するための特殊セルも設計・製作が終了し、測定系の最適化を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、種々の条件で水中プラズマ放電により作成した金属ナノ粒子をガラス基板上に成膜し、それにカチオン性増感剤と発光剤を組織化・固定した色素含有DNA超薄膜をスピンコートで形成する。脱気下で532nm半導体レーザー励起により蛍光、燐光、UC蛍光を測定し、局在表面プラズモン共鳴によるUC増強を目指す。さらにカチオン性の可視～近赤外増感剤および発光剤を合成し、DNAと組み合わせて532nmより長波長の赤色半導体レーザー励起によるUC蛍光を実現する。
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