2017 Fiscal Year Research-status Report
Synthesis of an AuNPs@CNT biosensor on a chip by an atmospheric-pressure microplasma
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17K05101
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| Research Institution | Tsuruoka National College of Technology |
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Principal Investigator |
吉木 宏之 鶴岡工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (00300525)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | プラズマ加工 / ナノ材料 / 大気圧μプラズマ / 金ナノ粒子 / バイオセンサー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、CNTsのプラズマCVD成長と微量塩化金酸（HAuCl4）溶液の気液界面プラズマ還元による金ナノ粒子（AuNPs）合成をSi基板オンサイトで連続して行いAuNPs担持CNT（AuNPs@CNT）を作用電極としたオンチップバイオセンサーの作製を目的とする。例えば、グルコースセンサーに応用する場合、高い酸化触媒活性を得る為にAuNPsの粒径を10 nm以下に制御する必要がある。
H29年度は、φ0.9 mmの金属パイプ電極にRF電力を印加して生成する大気圧Heマイクロプラズマ（APHeμP）をHAuCl4溶液 170 μLに照射してAuNPsの合成と粒径分布を調べた。照射後のHAuCl4溶液の紫外可視分光スペクトルから540 nmにAuNPsの表面プラズモン共鳴ピークを観測した。また、TEM観察からプラズマ照射時間５分と１分では、それぞれ粒径が9 nmと6 nmにピークを持つ粒径分布が得られた。しかも、APHeμP照射時間が短い程、粒径が小さいAuNPsの数が増加して粒径分布幅が狭まることを確認した。この結果、HAuCl4溶液の170μLと微量にして、プラズマ照射時間を１分と短時間にすることで粒径10 nm以下のAuNPsの作製に成功した。
また、プラズマ照射後の溶液を放置するとAuNPsの粒径が成長することを見出した。これはプラズマ照射によって溶液中に何らかの還元物質が生成されたことを示唆しており、エタノール添加して遠心分離により溶液を除去することで粒径成長を抑制できた。プラズマ照射溶液中の還元物質の特定をH30年度に行なう予定である。
さらに、単層CNTsが緑茶に分散する研究報告〔G. Nakamura 他, Chem. Lett. 36 (2007) p.1140〕を基に（HAuCl4+SWNT+緑茶）溶液にAPHeμP照射してAuNPs@CNT合成を試みた。
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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
(1) 金ナノ粒子の原料となるHAuCl4溶液の濃度を0.80 mM/L、処理容積を170μLと微量化して、大気圧Heμプラズマ（APHeμP）照射時間を１分に短短縮にすることで粒径7nmに分布のピークを有する10 nm以下のAuNPsの合成に成功した。
また、緑茶に単層CNTsが分散することを確認して、（HAuCl4+SWNT+緑茶）溶液にAPHeμP照射を行いAuNPs@CNTの合成を試みた。しかし、AuNPs@CNTの合成条件の探索には着手できなかった。
(2) APHeμP照射後のHAuCl4溶液中でAuNPs粒子径の成長が確認された。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度の研究成果を基に、H30年度はAuNPsを担持したCNTs（AuNPs@CNT）の合成を行なう。具体的には、
(1) 市販の単層CNT（SWNT）をカテキン水溶液に分散させた微量分散液をHAuCl4溶液に滴下した調製液170μLに大気圧Heμプラズマを照射することでAuNPs@CNTの合成を試みる。また、SWNTにカルボキシル基やアミノ基の表面修飾を施すことでAuNPsの担持効率、表面分布密度および粒径制御の知見を明らかにする。
(2) Si基板にNi薄膜を数10nmコーティングした基板にCH4/H2、C2H2/H2ガスの大気圧μプラズマを照射してCNTsの局所成長を行なう。この時、Niナノ粒子径、基板温度、DC電界、局所的強磁場印加等の外部パラメータが、CNTsの単層/多層構造制御や配向成長に及ぼす影響を明らかにする。
(3) Si基板の局所領域に成長させたCNTsに微量（100-200μL）HAuCl4溶液を滴下して、大気圧Heμプラズマを照射することでAuNPs@CNTのSiオンチップ合成を試みる。
さらに、Siチップ上でAuNPs@CNTを作用電極とした酸化・還元測定回路を構成して、サイクリックボルタンメトリーによるＣＶ波形の測定でAuNPs@CNTの電気化学特性の評価を行なう。
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| Causes of Carryover |
本研究でプラズマ合成で作製する金ナノ粒子担持CNT（AuNPs@CNT）の電気化学特性（サイクリックボルタンメトリーによるＣＶ曲線）の測定で用いるALS電気化学アナライザーの仕様決定・機種選定が当初の予定（H29年12月）より遅れた為である。H30年度6月末に購入予定で、その後測定を開始する。
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