Establishment of the detection method of single molecules contained in single aerosol particles

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01687
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: Seto Takafumi 金沢大学, フロンティア工学系, 教授 (40344155)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平澤 誠一 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (30321805) ; 猪股 弥生 金沢大学, 環日本海域環境研究センター, 准教授 (90469792)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: エアロゾル / ナノ粒子 / ラマン散乱 / レーザー / 分析

Outline of Final Research Achievements

Focusing on surface-enhanced Raman scattering (SERS) as a technique that can realize ultra-sensitive chemical analysis at the single molecule level, we have developed an ultra-sensitive analytical method for ultra-trace molecules in the environment by fabricating SERS substrates with silver nanoparticles whose particle shape, size, and deposition density are controlled. It was found that under optimal conditions with strict control of particle size, deposition volume, and particle shape, ultra-sensitive SERS effect at the single molecule level could be obtained. These findings clarify the effects of particle size, particle shape, and deposition structure on the SERS effect, and are expected to be widely applied to detection methods for a variety of ultra-trace constituents in the environment.

Free Research Field

化学工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

SERSに関する研究は、バイオセンサへの応用を始めとして、環境や化学分野における超高感度分子分析法として、幅広い分野において最も注目されている物理現象のひとつである。一方で、SERSのエアロゾルの特性評価に関する応用研究はあまり進んでいない。この一因は、エアロゾルのハンドリングが困難であるためである。本提案の成果は、SERS効果に対する粒子径、密度、形状の制御性を大幅に向上するものである。また、得られる分析感度において、従来のエアロゾル計測技術の性能を大幅に凌駕するものであり、大気エアロゾルの起源の解明から室内バイオエアロゾル検出まで、多岐にわたる波及効果が期待される。