表面高機能化ナノ複合蛍光体による生体影響ガスセンサに関する研究

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K05957
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 安藤 昌儀 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 上級主任研究員 (20356398)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 茂里 康 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 総括研究主幹 (90357187)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 生体影響ガス / 光学式ガスセンサ / 蛍光 / 表面高機能化 / 光ナノ複合材料 / オゾン / 揮発性有機化合物

Outline of Annual Research Achievements

省エネや防音のために住宅やオフィスの気密化が進むにつれて、脱臭用等への利用が増えているが一定濃度以上では猛毒となるオゾンや、建物の内装材や建材から放散され、シックハウス症候群や化学物質過敏症の原因となる揮発性有機化合物(Volatile Organic Compound (VOC))に対するセンサへの要望が高まっている。化合物半導体ナノ粒子は量子ドットと呼ばれる高輝度蛍光体であり、表面原子の割合が大きいため、表面状態の僅かな変化によって蛍光強度等が変化する。しかし、この特性をガスセンサに応用する研究開発はほとんど前例がなかった。本研究では、研究代表者らが最近見出した量子ドットの光学的なガスセンサ機能を高度化させ、量子ドットに、ガスとの反応や吸脱着を促進する触媒活性をもつ成分、あるいは蛍光強度増幅とセンサ出力S/N比向上に繋がる局所電場効果等をもつ成分を複合化した表面高機能化材料を作製し、高感度・高速応答を示す蛍光利用型光学式ガス（オゾン、VOC）センサ材料を実現することを目的とする。
平成29年度は、表面高機能化光ナノ複合材料として、空気中のppmオーダーの低濃度オゾンに感応して可逆な蛍光強度の消光を示すセレン化カドミウム(CdSe)系コアシェル型量子ドットと、ガス吸脱着特性・触媒機能・プラズモン吸収・局所電場効果を有する貴金属ナノ粒子からなる複合材料の試作を開始し、分散液塗布法とスパッタリング法を組み合わせた作製法が有効であることを見出した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

蛍光特性変化を用いた光学式生体影響ガスセンサ機能の発現を目指した表面高機能化ナノ複合材料の作製技術を検討開始した結果、セレン化カドミウム(CdSe)系コアシェル型量子ドットと貴金属ナノ粒子からなる複合材料を得る技術として、分散液塗布法とスパッタリング法を組み合わせた作製法が有効であることを見出した。

Strategy for Future Research Activity

セレン化カドミウム(CdSe)系コアシェル型量子ドットをはじめとする各種蛍光量子ドットと、ガス吸脱着特性・触媒機能・プラズモン吸収・局所電場効果がそれぞれ異なる貴金属ナノ粒子等からなる表面高機能化光ナノ複合材料を作製し、空気中のオゾンやVOCによる蛍光特性（強度・波長・寿命等）を測定・解析する。作製した表面高機能化光ナノ複合材料の微細構造を電子顕微鏡等で観察する。得られた光学式ガスセンサ特性（感度・応答速度等）と微細構造の関係を調べることにより、応答機構の解明とガスセンサ機能の高度化（高感度化・高速応答化・ガス識別検知）を図る。

Causes of Carryover

（理由）初年度である平成29年度は、種々の方法で試作した表面高機能化光ナノ複合材料を比較検討することにより作製方法を探索する計画で実験を開始した。比較的初期段階で、分散液塗布法とスパッタリング法の組み合わせが有効であることが判明し、以後、この方法の最適化を、作製方法の種類拡張よりも優先したので、次年度使用額が生じた。

（使用計画）各種の試薬・スパッタリングターゲット・表面形状の異なる基板等を購入して、組成や微細構造の異なる表面高機能化光ナノ複合材料を試作する。また、微細構造の顕微鏡観察等を外注して、研究を加速させる。