2021 Fiscal Year Research-status Report
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20K20560
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
立間 徹 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90242247)
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2020-07-30 – 2024-03-31
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| Keywords | プラズモン共鳴 / キラリティー / 化学センサ / 金属ナノ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、プラズモン共鳴を示すキラルナノ構造を作製し、アミノ酸などのキラル分子について、そのキラリティーを区別してセンシングできるセンサ（エナンチオ選択性センサ）の開発を目的としている。
本年度は、新たなキラルナノ構造の作製法を開発し、作製したキラルナノ構造の特性を円偏光二色性（CD）スペクトルなどから評価した。
まず、前年度に開発した、酸化チタン上の金ナノキューブを前駆体として使用し、これに右または左円偏光を照射することでプラズモン誘起電荷分離によって酸化鉛(IV)を析出させる方法を発展させ、さらに対称性の高い金ナノスフィアを前駆体として使用した。この場合にも、円偏光により酸化鉛(IV)を析出させると、照射した円偏光に応じたキラルナノ構造が得られることがわかった。プラズモン共鳴電場が強い部位で正孔放出が起こりやすいことから、粒子の構造の歪みや、粒子が接触する半導体表面の微細な凹凸などの歪み（inherent distortion）が電場の不均一性をもたらし、局所的な析出とキラリティーをもたらしている可能性のほか、析出に伴って導入された歪み（introduced distortion）が電場の不均一性をもたらし、キラリティーを生じている可能性もある。これについては引き続き検討する必要がある。加えて、前駆体粒子のサイズ依存性についても調べ、サイズが大きい方が吸収あたりのCD強度（g因子）が大きいことが示された。
また、金－銀合金薄膜を酸化チタン上に形成し、これに右または左円偏光を照射することでプラズモン誘起電荷分離によって銀を脱合金化させ、CDを示すキラルな薄膜を作製する手法を開発した。この手法で得られたナノ構造は、比較的広い波長域で高いCD強度を示すという特徴を持つことがわかった。
その他、異なる手法によりキラルプラズモニックナノ構造を作製する手法の開発を進めた。
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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
本研究で開発を目指しているエナンチオ選択性センサを得るためには、なるべく強いCDを示す材料をなるべく平易な方法で作製することが必要である。また、その諸特性、とくにCDシグナルの波長や半値幅（FWHM）を制御することが必要である。
本年度までに、キラル分子をキラル源とする方法と、円偏光をキラル源とする方法によってキラルプラズモニックナノ構造を作製することが可能になったほか、市販もされているナノキューブや、最も入手しやすいナノスフィアを前駆体とすることによってもキラルプラズモニックナノ構造を作製できるようになった。また、コロイド合成手法すら使わずに、合金薄膜を前駆体としたキラルプラズモニックナノ構造も作製できるようになった。
このように、キラルプラズモニックナノ構造がより作製しやすくなり、また材料選択の幅の拡大による制御性の向上が見込まれることから、十分順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに開発したキラルプラズモニックナノ構造の作製手法のうち、円偏光をキラル源とする方法では、プラズモン共鳴特性を持たない材料の円偏光による析出か、プラズモン共鳴特性を持つ材料の円偏光による溶出を使用している。そのため、得られるCD強度には限界があった。今後は、プラズモン共鳴特性を持つ材料の円偏光による析出を行うことで、より高いCD強度を示すキラルプラズモニックナノ構造の作製をめざし、それによって感度やシグナル－ノイズ比のより優れたキラリティセンシングを実現したいと考えている。また、ナノ構造のサイズや形状をなるべく揃えることも、引き続き検討したいと考えている。
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| Causes of Carryover |
キラル光学特性の測定関連装置の購入を検討しているが、半導体をはじめとする物品供給が不安定であることから、より適切な機器導入計画を立案中であるため。納期、金額、性能等の見合った装置の導入に使用する予定である。
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