2016 Fiscal Year Annual Research Report
Synthesis of functional NIR-emitting water dispersible silicon nanocrystals
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26390024
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
白幡 直人 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 准主任研究者 (80421428)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | シリコン / ナノ粒子 / 近赤外発光 / バイオイメージング / ２光子励起 / チューニング / 水溶性ナノ粒子 / In-vitro |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、世界に先駆けて「生体の第2窓(λ=950-2000nm)」に相当する波長域で、効率良く蛍光発光するナノ粒子を生体に無毒なシリコンで合成することに成功した。成果の概要を次に示す。
1)ナノ結晶中へのコバルトイオンをドーピングすることで、1000nmに相当するフォトンエネルギーを放射するシリコンナノ粒子を開発した。
2)コバルトドープしたシリコン表面へ炭化水素差を共有結合的に接合すると発光効率が30%へと増強した。このメカニズムを明らかにした。
3)本研究にて開発した不純物ドーピングプロセスの汎用性を明らかにするために、コバルト以外に、ニッケル、マンガン、亜鉛をドーパントに選び、当該合成プロセスを適用したところ、いずれの元素もドーパントとして、シリコンのダイヤモンド格子中に置換固溶することが分光学的に示唆された。これらの研究成果は、今後行われるドーピング条件の最適化を通じて発展し、シリコンがバイオマーカーのフロントランナーとして広く利用されるきっかけになると期待される。
4)セレンディピティーとして、34%の絶対量子収率で高効率発光する青色ナノ粒子の合成に成功した。発光効率が高く、生体毒性が各種アッセイ試験で格別低いことが示された。医療の現場等で使用できると期待している。
1)3)の成果は、Angewandte Chemie International Editionに掲載許可され、Hot-paperにも選ばれた。2)の成果は、Scientific Reportsに掲載された。3)の成果は、Journal of Materials Chemistry B に掲載された。
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