2018 Fiscal Year Research-status Report
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
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17K05957
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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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)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
茂里 康 和歌山県立医科大学, 医学部, 教授 (90357187)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年度までに有効性を見出した、直流スパッタリング法と分散液塗布法を組み合わせた、貴金属ナノ粒子と量子ドットの複合薄膜作製法について、平成30年度には、ガスセンサ応用に適した微細構造を得るために作製条件の最適化を検討した。試作した貴金属・セレン化カドミウム(CdSe)系コアシェル型量子ドット複合薄膜試料の顕微鏡観察と蛍光強度およびスペクトル測定を行ったところ、スパッタリング時間を比較的短く適切に設定すること等により、多孔質性と蛍光強度を共に高く保持した複合薄膜が得られることがわかった。貴金属として、ガス吸脱着特性・触媒機能・プラズモン吸収・局所電場効果を有し、オゾンや揮発性有機化合物の感度を向上させる可能性が考えられる、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、白金・パラジウム合金(Pt-Pd)を用いて、量子ドットとの複合薄膜を作製した。また、比較のために量子ドット単独薄膜を作製し比較検討した。その結果、いずれの薄膜も多孔質であり、特にAu-量子ドット複合薄膜では、薄膜構成粒子（貴金属あるいは量子ドットの凝集体）が最も小さく、空隙も多いことから、ガスとの接触による電子状態の変化を反映した蛍光特性変化が大きくなる可能性が予想された。作製した複合薄膜の蛍光強度とスペクトルを空気中で測定したところ、Ag-量子ドット複合薄膜ではAgナノ粒子の複合化によって蛍光強度は低下したが、Au, Pt, Pt-Pdをそれぞれ量子ドットと複合化した薄膜は明るい蛍光を発した。これらの複合薄膜の蛍光強度あるいはスペクトル変化を用いた、光学式オゾンガスセンシングの実験を開始した。
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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
量子ドットの蛍光特性変化を用いた光学式生体影響ガスセンサの研究において、感度向上をもたらすことが期待される貴金属ナノ粒子との複合薄膜の作製条件を適切化した結果、ガスセンシングに適した多孔質構造と高い蛍光強度を両立した複合薄膜を得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
貴金属(Au, Pt, Pt-Pd合金)ナノ粒子とセレン化カドミウム(CdSe)系コアシェル型量子ドットからなる、多孔質構造と強い蛍光強度を両立した複合薄膜について、空気中の生体影響ガス（オゾンや揮発性有機化合物等）と接触した際の蛍光特性（強度・波長・寿命等）の変化を測定・解析する。得られた光学式ガスセンサ特性（感度・応答速度・回復速度等）と薄膜の組成・構造との関係を調べ、応答機構の解明とガスセンサ機能の高度化（高感度化・応答と回復の高速化・ガス識別検知）を図る。
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| Causes of Carryover |
（理由）ガスセンサ感度や応答・回復速度の向上が見込まれる貴金属・量子ドット複合薄膜の作製技術の条件最適化に向けた検討が順調に進捗し、スパッタリングターゲット、試薬、装置部品等の購入費用を抑えることができた。また、試作した薄膜の微細構造の顕微鏡観察を、共同研究者所有の顕微鏡で行うことができたため、顕微鏡観察の外注費を抑えることができた。これらの理由により、次年度使用額が生じた。
（使用計画）ガスセンサ感度の向上と応答機構解明に向けた検討のため、これまで用いてきた平板状のガラス基板に加えて、微細構造・比表面積・化学組成の異なる基板（多孔質基板や分子レベルで平滑な基板等）を購入し、複合薄膜等の試作に使用する。
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