2017 Fiscal Year Research-status Report
農作物の発光標識剤を目指した毒劇物フリーかつ発光波長可変な希土類ナノ粒子の開発
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16K05750
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| Research Institution | Meijo University |
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Principal Investigator |
西山 桂 名城大学, 理工学部, 教授 (40283725)
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2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 発光希土類ナノ粒子 / 界面活性剤 / 界面活性剤鋳型法 / 4f-5d遷移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年４月１日付にて、報告者は所属大学機関を異動した。すなわち平成２９年度は島根大学（松江市）から名城大学（名古屋市）への異動に伴って実験設備を移設するとともに、再稼働させることに膨大な時間を要した。このため、研究計画の一部変更を余儀なくされたものの、次のような成果を得たので報告する。
今回、Eu2+をドープすることで当該イオンに起因する青色発光ナノ粒子（粒径 約100 nm）を得ることができた。このナノ粒子は、母材となる酸化イットリウム中から当該イオンへと励起エネルギー移動が発生し、結果として当該イオンの青色発光（極大波長 約440 nm）を得た。
農作物の15％が、栽培中の病害で失われている。そこで、光照射により罹病部だけ発光するような生体標識を行えば、罹病部を早期に切除し、病気が作物全体に拡大するのを防止できる。しかし既存の標識剤（量子ドット）は毒劇物（Cd 等）を含むので、法定の残留基準に抵触する。申請者は最近、世界に先駈けて、発光希土類（Ln）をドープしたナノ粒子「Ln@Y2O3」を合成した。Ln@Y2O3 は毒劇物フリーであり、かつ可視域の広い範囲で発光波長可変である。既にLn@Y2O3 の粒径: d = 35 nm を得ており、今回は d ≦ 10 nm を目標とする。この粒子は、罹病細胞の孔紋膜（開口径 100 nm）から細胞内に取り込まれ、作物の発光標識剤として応用できる。本研究の次の目的は、フルカラー発光希土類ナノ粒子を開発することである。従来のLn@Y2O3においては、Ln = Eu（橙色）、Tb（緑色）が実現していたが、青色発光は未到達であった。フルカラー発光が実現すると、異なる病斑に異なる発光色でマークすることが可能となる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
報告者は平成２９年４月１日付で所属研究機関を異動した。そのため、平成２９年度前半は研究設備の移設、また異動先での設備再立ち上げに膨大な時間を費やすこととなった。しかしながら、当該年度後半に実施した本研究では、今まで困難とされていた青色発光を示す希土類ナノ粒子が実現できたという大きな成果を得た。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２９年度の研究において、フルカラー発光希土類ナノ粒子を新規合成する指針を得た。平成３０年度以降は次の方策で研究を進める。
（１）合成収率の向上 ２９年度に得た収率は0.5%程度であった。これは、均一沈殿法を用いる際のミセルの形成が不十分だったためと考えられる。ミセル形成の濃度とともに、焼結温度を探索して実用的な収率（20%）を達成させる。
（２）発光の作用機序解明 発光に関わるLnの作用機序を解明することで、フルカラーチューニングにおける演示色を際立たせる。
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| Causes of Carryover |
報告者は平成２９年４月１日付で現所属の研究機関（名城大学）へ異動した。本年度は、前所属機関からの装置搬入及び現機関での実験設備立ち上げ、稼働に多くの時間を要したため、使用計画に変更が生じることとなった。
研究室の移設作業は平成２９年度内に完了したことから、次年度（平成３０年度）は、青色発光ナノ粒子の合成収率の向上及び発光メカニズムの解明に注力することとし、希土類原料や発光量子収率測定装置の購入を計画している。
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