2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of biophotonics and photochemical applications of silicon quantum dots in collaboration with a consortium established for the formation of "Silicon Nanomaterials Center" founded by US NSF
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18KK0141
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
藤井 稔 神戸大学, 工学研究科, 教授 (00273798)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
加納 伸也 神戸大学, 工学研究科, 助教 (20734198)
杉本 泰 神戸大学, 工学研究科, 助教 (40793998)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2024-03-31
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| Keywords | シリコン量子ドット / シリコンナノ結晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究プロジェクトは，研究代表者のグループが開発したホウ素，シリコン，リンからなるアモルファスシェルを有する全無機シリコン量子ドット（シリコンナノ結晶）のバイオフォトニクス分野及び光化学分野への応用展開を実証することを目的とする。この量子ドットは静電反発により広いpH範囲で高い水分散性を示す。また，発光特性が環境や表面の化学反応に対して鈍感であり，様々な環境下で生体分子の透過率の高い近赤外領域にサイズにより制御可能な発光を示す（直径1nm→9.5nm，発光波長670nm→1460nm）。本年度は，主に以下の研究を行った。また，以下の研究について打ち合わせ及び議論を行うために，研究分担者がUC San Diegoを訪問した。
１．UC San Diegoのグループと共同で， Time-gated imaging法によるバイオイメージングの蛍光体としての有用性の検討を行った。その結果，我々のシリコン量子ドットは水溶媒中でマイクロ秒以上の発光寿命の近赤外発光を安定して示すことから，Time-gated imagingの蛍光体として非常に優れていることが明らかになった。
２．UC San Diegoのグループと共同で，シリコン量子ドットと銀ナノ粒子からなる複合ナノ粒子（銀ナノ粒子の表面をシリコン量子ドットが覆った構造の粒子）のバクテリアに対する殺菌作用について研究を行った。その結果，この複合ナノ粒子は，従来の銀ナノ粒子と比べて長期間にわたって安定して殺菌作用を示すことが明らかになった。
３．シリコン量子ドット水溶液に酸化防止剤である亜硫酸ナトリウムを加えると，光照射により発光強度が増加するphotobrightening現象を見出した。この発見は，シリコン量子ドットのバイオ応用において，発光特性劣化抑制のための新しい手法の開発につながる可能性がある。この成果は、すでに論文に発表している。
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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
研究に関しては，研究代表者のグループで開発した全無機シリコン量子ドットのバイオ応用に関して，上記の2つのテーマをスタートすることができ，また採択後短い期間であったにもかかわらず今後の発展が期待できる成果を得た。また，研究分担者の若手研究者がUC San Diego及びStanford大学を訪問し，研究交流においても当初の予定通り順調に推移している。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初計画通り，UC San DiegoのM. Sailor教授のグループが中心となって推進しているシリコンナノ材料のバイオ応用に関するコンソーシアムのメンバー（主にUSAのグループ，カナダ，イタリア，韓国のグループが准メンバーとして加わっている）と交流を深め，研究代表者のグループで開発した全無機シリコン量子ドット，シリコンナノ結晶のバイオフォトニクス分野及び光化学分野への応用実証を行っていく。平成31年度は，M. Sailor教授が神戸大学の研究代表者のグループを訪問する予定である。同時に，北米及びヨーロッパのコンソーシアム以外のメンバーとの交流及び共同研究を積極的に推進する。具体的には，Stanford大学のM. Brongersma教授のグループ，カレル大学（チェコ）のM. Kalbacova教授のグループと共同研究を実施することを計画している。
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| Causes of Carryover |
本格的な研究をスタートするためのfeasibility studyの段階であるテーマに関して，研究の推進に必要な消耗品や材料を手持ちのもので賄った。平成31年度は，本格的な研究をスタートするため，昨年度分も合わせて使用する。
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