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2011 Fiscal Year Research-status Report

蛍光画像法に利用する『発光色が可変可能な』ナノ粒子ライブラリーの構築

Research Project

Project/Area Number 23655138
Research InstitutionNational Institute for Materials Science

Principal Investigator

白幡 直人  独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, 研究員 (80421428)

Project Period (FY) 2011-04-28 – 2014-03-31
Keywordsコロイド・超微粒子 / 表面化学
Research Abstract

ゲルマニウム(Germanium, Ge)に着目し研究進めた。Siに比べて、(1)大きなバルクの励起子ボーア半径、と(2)小さなバルクバンドギャップ(0.67 eV@室温)にGeの特長がある。ナノ粒子化することで発現する光吸収および発光のブルーシフトが、量子サイズ効果に基づくと仮定すると、紫外-近赤外の非常に広い波長域で発光色チューニングが期待できる。本研究では、効率良くナノ粒子作製ができるレーザ化学合成法を用いて、ナノ粒子の調製を試みた。 アルケンを溶媒とし、炭化水素鎖で保護されたGeナノ粒子を、レーザー化学合成法を用いて調製したところ、粒度分布は1~10 nm程度の範囲で、数十ナノメートルを超える大きさの粒子はなく、バルクGeの励起子ボーア半径以下のサイズの粒子群を効率良く調製できることが分かった。このようにして調製されたサンプルは、蛍光発光特性を示すが、発光スペクトルが従来と同じくブロードで、発光色-サイズの相関が得られなかった。そこで、鋭意研究を進めることで、1サンプルから発光成分を分離抽出可能な「発光色分離法(特願2011-239933)を開発、これまでに、近紫外-可視(~緑)の発光波長域において、各波長帯で発光するナノ粒子を分けることに成功、各々の粒子径を精密測定することで、発光色-サイズ相関性を初めて明らかにした(これらの成果は、日刊工業新聞2011年6月10日や社団法人高分子学会機関誌のHot topicsなどにて公開)。尚、このようにして得られた、各発光色の蛍光量子収率は本研究課題で産業用途としているラベル材に必要な効率を満足する値であった(以上は、欧米学術論文誌投稿準備中である)。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

東日本大震災の復旧に時間を要したため

Strategy for Future Research Activity

本研究課題の達成は、(1)サイズで近紫外ー近赤外域における発光色が可変可能な発光色ライブラリーの構築と、(2)当該表面への生体分子認識能の付与、を通じて、生体分子が接合した環境半導体ナノ粒子ライブラリーを創り出すことにある。現在、(1)において近紫外-可視短波長における発光色ライブラリー(近紫外5色、紫、青、水色、緑)の作製には成功しており、発光効率も産業使用上問題ないとされる値を満たす。一方で、可視長波長域-近赤外域での発光色可変は、当初予定のレーザ化学合成法では効率良く作製できていない。そこで、本年度は、逆ミセル法に着目し、300℃程度の高温下で電子還元させるプロセスを開発し、これを達成できるよう実験を進めている。 (2)に示した誘導化研究に関しては、既に合成が可能となっている近紫外-可視短波長発光ナノ粒子を対象にして研究を進める。産業応用を見据えた際に、クリックケミストリーの適用が好適であろうと想像される。これを実現するために、アルキン終端ナノ粒子の作製に取り組む。アルキンのヒドロシリル化を避ける必要から、母材となるナノ粒子表面の終端構造は、一般的な水素終端では宜しくない。そこで、ハロゲン化終端ナノ粒子を母材として、アルコキシ化を通じた、アルキン末端の導入を考えている。過去、クリックケミストリーをSiやGeナノ粒子表面で実現させた例はない。本研究では、迅速に効率良く研究を展開させることで、産業応用に好適とされるプロセスの開発を進める。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

本研究計画は、蛍光発光ナノ粒子の湿式合成と、当該ナノ粒子表面への生体認識官能基の導入に関する。研究費は大半が、高純度試薬および理科学消耗品(ガラス器具やフィルタなど)に充当されると計画されている。

  • Research Products

    (16 results)

All 2011

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results) Presentation (5 results) Book (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Single-Phased Luminescent Mesoporous Nanoparticles for Simultaneous Cell Imaging and Anticancer Drug Delivery2011

    • Author(s)
      W. Di, X. Ren, L. Zhang, N. Shirahata, Y. Sakka, W. Qin
    • Journal Title

      Biomaterials

      Volume: 32 Pages: 7226-7233

    • DOI

      10.1016/j.biomaterials.2011.06.019

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Colloidal Si nanocrystals : A controlled organic-inorganic interface and its implications of color-tuning and chemical design toward sophisticated architectures2011

    • Author(s)
      N. Shirahata
    • Journal Title

      Physical Chemistry Chemical Physics

      Volume: 13 Pages: 7284-7294

    • DOI

      10.1039/c0cp02647f

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Photoluminescence, cytotoxicity and in vitro imaging of hexagonal terbium phosphate nanoparticles doped with europium2011

    • Author(s)
      W. Di, Y. Sakka, N. Shirahata, J. Li, N. Pinna
    • Journal Title

      Nanoscale

      Volume: 3 Pages: 1263-1269

    • DOI

      10.1039/c0nr00673d

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Highly Fluorescent Silica-Coated Bismuth Doped Aluminosilicate Nanoparticles for Near Infrared Bioimaging2011

    • Author(s)
      H. Sun, J. Yang, M. Fujii, Y. Sakka, Y. Zhu, T. Asahara, N. Shirahata, M. Ii, Z. Bai, J. Li, H. Gao
    • Journal Title

      Small

      Volume: 7 Pages: 199-203

    • DOI

      10.1002/smll.201001011

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ultrabroad Near Infrared Photoluminescence from Ionic Liquids Containing Subvalent Bismuth2011

    • Author(s)
      H. Sun, Y. Sakka, M. Fujii, N. Shirahata, H.g Gao
    • Journal Title

      Optics Letters

      Volume: 36 Pages: 100-102

    • DOI

      10.1364/OL.36.000100

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hybrid dandelion-like YH(O3PC6H5)2:Ln (Ln = Eu3+, Tb3+) particles: formation mechanism, thermal and photoluminescence properties2011

    • Author(s)
      W. Di, X. Ren, N. Shirahata, C. Liu, L. Zhang, Y. Sakka, N. Pinna
    • Journal Title

      CrystEngComm

      Volume: 13 Pages: 5226-5233

    • DOI

      10.1039/c1ce05473b

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ultrabroad Near Infrared Photoluminescence from Bi5(AlCl4)3 Crystal2011

    • Author(s)
      H. T. Sun, Y. Sakka, H. Gao, Y. Miwa, M. Fujii, N. Shirahata, Z. Bai, J. Li
    • Journal Title

      Journal of Materials Chemistry

      Volume: 21 Pages: 4060

    • DOI

      10.1039/c1jm10164a

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Highly Efficient Ultraviolet Light Emission from Silicon Nanocrystals2011

    • Author(s)
      N. Shirahata
    • Journal Title

      World Journal of Engineering

      Volume: 8 Pages: 1025-1026

    • DOI

      None

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Functional Surface Chemistry for Efficient Light Emission from Silicon2011

    • Author(s)
      N. Shirahata
    • Organizer
      BIT's 1st Annual World Congress of Nano-S&T(招待講演)
    • Place of Presentation
      Dalian, China
    • Year and Date
      October 23-26, 2011
  • [Presentation] Size Tunable Fluorescence Emission and Efficient Radiative Recombination in Group IV Nanoparticles2011

    • Author(s)
      N. Shirahata
    • Organizer
      The Nineteenth Annual International Conference on COMPOSITES/NANO ENGINEERING(招待講演)
    • Place of Presentation
      Shanghai, China
    • Year and Date
      July 24-30, 2011
  • [Presentation] レーザー化学合成法による高輝度Geナノ粒子の調製2011

    • Author(s)
      白幡直人、平川大悟、目 義雄
    • Organizer
      第60回高分子学会年次大会(招待講演)
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2011.05.25-27
  • [Presentation] 環境低負荷型ナノ粒子からの高輝度発光2011

    • Author(s)
      白幡直人、平川大悟、目義雄
    • Organizer
      日本セラミックス協会第24回秋季シンポジウム
    • Place of Presentation
      札幌
    • Year and Date
      2011 – 0907-09
  • [Presentation] 紫外-可視で発光波長を可変可能なGeナノ粒子の調製2011

    • Author(s)
      平川大悟、白幡直人、目義雄
    • Organizer
      第63回コロイド及び界面化学討論会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2011 – 0907-09
  • [Book] Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology 2nd Edition2011

    • Author(s)
      N. Shirahata
    • Total Pages
      9
    • Publisher
      American Scientific Publisher
  • [Book] Nanofabrication2011

    • Author(s)
      N. Shirahata
    • Total Pages
      25
    • Publisher
      InTech - Open Access Publisher
  • [Patent(Industrial Property Rights)] ゲルマニウムナノ粒子蛍光体及びその製造方法2011

    • Inventor(s)
      白幡直人,平川大悟,目 義雄
    • Industrial Property Rights Holder
      物質・材料研究機構
    • Industrial Property Number
      特許: 2011-239933
    • Filing Date
      2011年11月01日

URL: 

Published: 2013-07-10  

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