2019 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 – 2021-03-31
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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 |
金(Au)、白金(Pt)、白金・パラジウム合金(Pt-Pd)の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成り、多孔質構造を有し明るい蛍光を発する複合薄膜の作製技術を、平成30年度までに確立した。平成31年度（令和元年度）は、これら複合薄膜の蛍光特性変化を用いた光学式オゾンガスセンサ特性を調べた。室温・大気圧において、空気中の0.5-200ppmのオゾンに感応して、これらの貴金属・量子ドット複合薄膜の蛍光強度が減少し、オゾンを含まない空気中では可逆的に回復すること、および、この濃度範囲では、高濃度のオゾンに対しても感度の飽和が起こらないことを確認した。オゾン感度（オゾンによる複合薄膜の蛍光強度変化率）は、Au-量子ドット複合薄膜とPt-量子ドット複合薄膜で特に高く、AuやPtのナノ粒子の複合化が高感度化に有効であることがわかった。量子ドット単独薄膜と比較して、0.5ppmのオゾンに対する感度は、Au-量子ドット複合薄膜では27%向上し、Pt-量子ドット複合薄膜では43%向上した。また、Au-量子ドット複合薄膜では、オゾンに接触後の清浄空気中での蛍光強度回復が高速化した。このようなオゾン感度増感効果は、AuやPtのナノ粒子によるオゾン吸脱着の促進、あるいはAuやPtのナノ粒子の近傍で電場が強まる局所電場効果によるものと推測した。これに対して、Pt-Pd合金ナノ粒子の複合化により、オゾンに接触後の清浄空気中での蛍光強度回復が向上したがオゾン感度は低下した。この回復速度向上と感度低下は、Pdがオゾン分解触媒活性をもつため、量子ドット表面に吸着したオゾン分子が速やかに分解されたことによる効果と考えられる。このように、蛍光量子ドットに、触媒活性等の表面化学特性や電子的効果をもつ貴金属ナノ粒子を複合化することにより、感度や信号回復速度が向上することを確認した。
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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、触媒活性等の表面化学機能や局所電場効果をもつ貴金属ナノ粒子を複合化した量子ドット薄膜が、量子ドット単独薄膜と比較して、オゾンガス感度等が向上するという増感効果を確認することができた。また、複合薄膜中の貴金属ナノ粒子の種類によってオゾンガス感度や信号回復速度を制御できることがわかった。これらの特性は、ヒーター等が不要で安全性が高く、光学式であるため電磁気的ノイズに強く非接触で信号読み出しが可能な新規高性能オゾンガスセンシングを可能にすることが期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
量子ドット単独薄膜あるいは貴金属・量子ドット複合薄膜の基板について、これまで平板状のガラス基板を用い、貴金属ナノ粒子の複合化によるガス感度増感・信号回復速度向上、および、貴金属の種類による増感効果の違いを確認した。今後は、平板状のガラス基板と比較して比表面積が格段に大きな多孔質ガラスを基板に用いてさらなる高感度化を図ると共に、異なる表面化学特性をもつ貴金属を利用したガス識別検知を目指す。
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| Causes of Carryover |
（理由）貴金属・量子ドット複合薄膜の作製技術が順調に確立したため、複合薄膜の作製技術開発のために必要と当初予想していたスパッタリングターゲットや試薬の購入費用を抑えることができた。また、作製した貴金属・量子ドット複合薄膜の蛍光利用型光学式オゾンガスセンサ特性の測定・評価について、これまでに構築したシステムの改造等が当初の予想よりも小規模で済み、また、実験装置の故障や各種消耗部品交換の発生頻度が少なかった。これらの理由により、次年度使用額が生じた。
（使用計画）ガス識別検知を目指し、複合薄膜の構成要素として用いる量子ドットと貴金属ナノ粒子の各種組み合わせを検討するためのガスや試薬の購入、また、ガス感度のさらなる向上を図るため、基板として用いる比表面積の大きな多孔質ガラスの購入等に用いる。
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Research Products
(6 results)
