2020 Fiscal Year Annual Research Report
欠陥ドープ単層カーボンナノチューブの構造特異的な発光特性解明と生体分子検出応用
| Project/Area Number |
20J21818
|
|---|
| Research Institution | Kyushu University |
|---|
Principal Investigator |
新留 嘉彬 九州大学, 工学府, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
|
| Keywords | カーボンナノチューブ / 近赤外発光 / 分子構造 / 励起子 / ドープ / ソルバトクロミズム |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
単層カーボンナノチューブ (SWCNT) は、その一次元ナノ構造体に起因する励起子由来の近赤外発光を示す。近年、励起子を高効率に発光へと利用する手法として、局所化学修飾と呼ばれるSWCNTへの欠陥ドープ技術が注目を集めている。特に、この局所化学修飾SWCNT (lf-SWCNT)は、化学修飾で導入する分子の構造に基づいて発光特性が変化するという特異な現象を示すため、そのメカニズム解明と高機能化のためには励起子の特性を評価することが重要である。
令和二年度は、異なる分子構造をもつドープサイトを形成させたlf-SWCNTを合成し、その周囲溶媒環境変化による発光エネルギー変化 (ソルバトクロミズム) 挙動の解析を行い、励起子特性の違いを評価した。ここでは、近接2点でsp3炭素をドープしたlf-SWCNTおよび酸素原子をドープしたlf-SWCNTを合成し、有機溶媒注入法と名づけた手法を用いて種々の有機溶媒で構成された周囲環境の変化を導いた。有機溶媒注入前の発光ピークを基準として発光のエネルギー変化量を算出し、溶媒の極性パラメーターの一つである、配向分極パラメーターとの相関を調べた。その結果、lf-SWCNTの溶媒環境変化に基づく発光エネルギーの変化量が修飾構造に応じて異なることが示されたことから、lf-SWCNTに形成された励起子の特性がドープサイトの分子構造に応じて変化することが示唆された。このように、有機溶媒環境の系統的な変化による発光エネルギー変化の解析技術が、ナノチューブ中に形成される励起子の特性を評価する有効な方法であることが示され、lf-SWCNTの励起子特性が分子構造により変調できることを明らかにできた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の実験計画に従って実験がおおよそ進んでおり、lf-SWCNTが示す発光のソルバトクロミズムの分析に基づいて、lf-SWCNTに生じる励起子の特性が化学修飾によりもたらされる分子構造によって変化し、制御できうるという知見が得られた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、実験計画に従って現在進めている研究方針を継続する。その中では、明らかとなったlf-SWCNTのドープサイトが示す周囲環境への特異な応答性を基にして、生体分子に対するlf-SWCNTの発光波長変調を検証する。これまでにlf-SWCNTではドープサイトの分子構造により、周囲環境に対する発光波長変化の応答性が変化することが分かってきた。よって、ドープサイトの構造設計を行うことによってlf-SWCNTが示す発光特性変化の応答を増強させ、lf-SWCNTを用いた高感度な生体分子検出の技術開発へつなげる。
|
