2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of tunable gold nanostructures for novel nanopore devices
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21H01736
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
三友 秀之 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (50564952)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
斎木 敏治 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (70261196)
矢野 隆章 徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 教授 (90600651)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 表面プラズモン共鳴 / 金ナノ粒子 / 可動型ナノ構造 / 分子検出 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、金属ナノ構造体が特定波長の光の照射下で示す表面プラズモン共鳴を利用した生体高分子の高感度検出法として、表面増強ラマン散乱測定基材の開発に取り組んでいる。表面プラズモン共鳴は金属ナノ構造体の中でも鋭利な部分で強く増強され、特に狭いギャップ部位において著しく増強されることが知られているが、その狭いギャップ部位にいかに効率的に測定対象物質を導入できるかが重要な課題となっている。本研究では、独自に開発した「ハイドロゲルを利用して金属ナノ構造体のギャップ距離を自在に制御する技術」を基盤に、より高感度化を達成するために三角形プレート状金ナノ粒子を用いて実現する。さらには、基板上に形成したナノポアに組み込むことで、より効率的に測定対象物を検出可能にすることを目指している。具体的には、三角形プレート状ナノ粒子を円形のナノポアに６つ頂点が向き合った形で導入する技術を開発し、このナノ粒子をハイドロゲルと複合化して、ナノスケールでギャップを制御するシステムへと組み上げる。当該年度においては、三角形プレート状金ナノ粒子を気-液界面で並べ、頂点が近接した状態で配置された薄膜を形成した。それをハイドロゲル上に載せ、15度から32度の間の温度変化によって大きく調整可能なプラズモニックデバイスの作製に成功した。タンパク質の表面増強ラマン散乱のシグナル検出にも成功し、その増強効果の評価を進めている。一方で、ナノポアにプラズモニックナノ粒子を精密に配置する技術の確立に関しては、継続的に検討を進めている。
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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
当該年度においては、三角形金ナノプレート状粒子を気-液界面における自己組織化の手法を用いて並べ、温度応答性ハイドロゲルの表面に転写することに成功した。15度から32度までの間の温度変化によってゲルの膨潤状態は変化し、プラズモンカップリングによるピークのシフトも観察された。FDTDによる電磁場計算から、三角形金ナノプレート状粒子の頂点が向き合った部分の近傍で強い増強電場が形成されることも確認された。また、表面増強ラマン散乱測定において、対象試料としてタンパク質を用いたシグナル検出にも成功した。現在は、その増強効果の定量的な評価を進めている。一方で、ナノポアにプラズモニックナノ粒子を精密に配置する技術の確立に関しては、検討の余地があり、継続的に検討を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
三角形金ナノプレート状粒子による表面増強ラマン散乱の増強効果の定量的な評価を進め、本手法の有効性を明確に証明する。それと同時に、ナノポアへのプラズモニックナノ粒子の精密配置技術の確立を目指し、ポアの孔径や表面物性など調整しながら、検討を進めていく。ナノポアへの粒子の配置ができた後は、その上でハイドロゲルを合成し、ハイドロゲルの膨潤・収縮による粒子間距離の精密制御を確認し、粒子間距離が与えるナノポアの透過性を調べる。以上により、新しいナノポアセンサーへの基礎的な知見を得ていく。
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