プラズモニックナノシート:ナノ近接場界面の創出と応用探索

• Project/Area Number: 21310067
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Nanomaterials/Nanobioscience
• Research Institution: Kyushu University (2011); Tohoku University (2009-2010)
• Principal Investigator: 玉田 薫 Kyushu University, 先導物質化学研究所, 教授 (80357483)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 福田 伸子 産業技術総合研究所, 光技術研究部門, 研究員 (90360635) ; 木村 康男 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (40312673)
• Project Period (FY): 2009 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥19,370,000 (Direct Cost: ¥14,900,000、Indirect Cost: ¥4,470,000); Fiscal Year 2011: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2010: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2009: ¥12,090,000 (Direct Cost: ¥9,300,000、Indirect Cost: ¥2,790,000)
• Keywords: 局在プラズモン / 銀ナノ微粒子 / 自己組織化 / 酸化チタン / 光触媒 / FDTD / 三次元構造 / ハニカム構造 / FDTD計算 / チオール置換反応

Research Abstract

本プロジェクトでは、熱分解法により合成した粒径の揃った均一な銀ナノ微粒子(直径約5nm)からなる巨大に次元結晶シートを気水界面に作成に、局在プラズモン共鳴に関わる界面物理現象の理論的および実験的検証、ならびにさまざまな応用の可能性について模索している。本年度の成果の概略は以下の通り。
銀および金微粒子混合膜のプラズモン特性について、気液界面単分子膜において検討した。混合の効果でドメインサイズが小さくなる(100nm以下)ことにより、共鳴ピーク位置をブルーシフトさせることに成功した(国内および国際学会にて発表)。
銀ナノシートをマーカとして、白金担持酸化チタン薄膜による基盤垂直方向での非接触触媒反応について定量的に評価することに成功した(国内学会誌に論文投稿)。
銀ナノシートと金属基板との相互作用による新奇現象を発見、これに基づいて最先端・次世代研究開発支援プログラムに応募、ライフイノベーションとして採択された(現在論文投稿準備中)
銀ナノシートを用いた蛍光増強測定を実施した。その結果、銀微粒子へのエネルギー移動による失活(FRET)の影響が非常に大きく、大きな増強を得るためにはナノオーダーでの色素-微粒子間の距離制御が必要であることがわかった(国内および国際学会にて発表)。これと平行して、金属薄膜により励起した伝搬型プラズモンと銀ナノシートの局在プラズモンを組み合わせた測定ができる光学システムを立ち上げた。ナノ導波路の検証実験はFRETの影響で、現在の銀微粒子(5nm径)では効果を検証できないことがわかった。
銀ナノシートによるSTM発光について検討し、論文にまとめた。

Research Products

• [Journal Article] Collective plasmon modes excited on a silver nanoparticle 2D crystalline sheet (2011)
  • Author(s): Mana Toma, Koji Toma, Kanae Michioka, Yasuhiro Ikezoe, Daiki Obara, Koichi Okamoto, Kaoru Tamada
  • Journal Title: Phys.Chem.Chem.Phys. Volume: 13 Pages: 7459-7466
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Detection of Adrenaline on Poly (3-aminobenzylamine) Ultrathin Film by Electrochemical-Surface Plasmon Resonance Spectroscopy (2011)
  • Author(s): 福田伸子
  • Journal Title: AIS Today Volume: 11 Pages: 12-12
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nanoscale coupling of photons to vibrational excitation of Ag nanoparticl e 2D array studied by scanning tunneling microscope light emission spec troscopy (2010)
  • Author(s): Satoshi Katano, Koji Toma, Mana Toma, Kaoru Tamada, Yoichi Uehara
  • Journal Title: Phys.Chem.Chem.Phys. Volume: 12 Pages: 14749-14753
• [Journal Article] Detection of Adrenaline on Poly(3-aminobenzylamine) Ultrathin Film by Electrochemical-Surface Plasmon Resonance Spectroscopy (2010)
  • Author(s): A.Baba, T.Mannen, Y.Ohira, K.Shimbo, K.Kato, F.Kaneko, N.Fukuda, H.Ushijima
  • Journal Title: Langmuir Volume: 26 Pages: 18476-18482
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ag nanoparticle sheet as a marker of lateral remote photocatalytic reaction (2009)
  • Author(s): T.Nagahiro, K.Ishibashi, Y.Kimura, M.Niwano, T.Hayashi, Y.Ikezoe, M.Hara, T.Tatsuma, K.Tamada
  • Journal Title: Nanoscale 2 Pages: 107-113
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tunable Surface Plasmon Band of Position Selective Ag and Au Nanoparticles in Thin Block Copolymer Micelle Films (2009)
  • Author(s): H.Acharya, J.Sung, B.-H. Sohn, D.H. Kim, K.Tamada, C.Park
  • Journal Title: Chem.Mater. 21 Pages: 4248-4255
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Enhanced photoluminescence of dye molecules on plasmonic Ag nanosheet (2011)
  • Author(s): Daiki Obara, Akihito Yoshida, Jungmok You, Eunkyoung Kim^2, Ryogo Tero, Kaoru Tamada
  • Organizer: 6^<th> International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics (MBE6)
  • Place of Presentation: 仙台(震災のため紙面発表に変更)
  • Year and Date: 2011-03-16
• [Presentation] Spectroscopic properties of mixed monolayers composed of silver and gold nanoparticles (2011)
  • Author(s): Keisuke Imazu, Daiki Obara, Takeshi Nakada, Akihito Yoshida, Kaoru Tamada
  • Organizer: 6^<th> International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics (MBE6)
  • Place of Presentation: 仙台(震災のため紙面発表に変更)
  • Year and Date: 2011-03-16
• [Presentation] Characterization of vertical remote photocatalytic activity of Pt-modified TiO_2 with Ag nanosheet (2011)
  • Author(s): Takeshi Nakada, Daiki Obara, Keisuke Imazu, Fei Yang, Akihito Yoshida, Tetsu Tatuma, Kaoru Tamada
  • Organizer: 6^<th> International Conference on Molecular Electrons cs and Bioelectronics (MBE6)
  • Place of Presentation: 仙台(震災のため紙面発表に変更)
  • Year and Date: 2011-03-16
• [Presentation] The detection of inorganic crystals on Au thin-film using surface plasmon resonance (2011)
  • Author(s): Takaaki Miya, Akihito Yoshida, Kaoru Tamada
  • Organizer: 6^<th> International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics (MBE6)
  • Place of Presentation: 仙台(震災のため紙面発表に変更)
  • Year and Date: 2011-03-16
• [Presentation] Collective Plasmon Resonance in 2D Crystalline Film Composed of Metallic Nanoparticles (2011)
  • Author(s): K.Tamada, K.Imazu, B.C.Y.Lin, D.Obara, A.Yoshida, K.Okamoto
  • Organizer: Japan-Taiwan Joint Workshop on Bioelectronics
  • Place of Presentation: 台湾成功大学(台湾) 招待講演
  • Year and Date: 2011-01-19
• [Presentation] Catecholamine Sensing Based on Surface Plasmon Fluorescent Spectroscopy (2010)
  • Author(s): 福田伸子
  • Organizer: 環太平洋国際化学会議(PACIFICHEM2010)
  • Place of Presentation: ハワイコンベンションセンター(アメリカ) 招待講演
  • Year and Date: 2010-12-16
• [Presentation] Collective Plasomon Resonance in 2D Crystalline Film Composed of Metallic Nanoparticles (2010)
  • Author(s): K.Tamada, K.Imazu, B.C.Y.Lin, D.Obara, A.Yoshida, K.Okamoto
  • Organizer: 環太平洋国際化学会議(PACIFICHEM2010)
  • Place of Presentation: ハワイコンベンショジセンター(アメリカ)
  • Year and Date: 2010-12-15
• [Presentation] Collective Plasomon Resonance in 2D Crystalline Film Composed of Metallic Nanoparticles (2010)
  • Author(s): K.Tamada, K.Imazu, B.C.Y.Lin, D.Obara, A.Yoshida, K.Okamoto
  • Organizer: Frontier 2010
  • Place of Presentation: アルビ鉱山大学(フランス) 招待講演
  • Year and Date: 2010-12-07
• [Presentation] 銀微粒子二次元結晶における協同的局在ブラズモン共鳴現象 (2010)
  • Author(s): 玉田薫、岡本晃一
  • Organizer: 第118回微小光学研究会「最先端光材料と微小光学」
  • Place of Presentation: 東北大学(仙台市) 招待講演
  • Year and Date: 2010-12-03
• [Presentation] 金微粒子/銀微粒子による混合膜の局在表面プラズモン特性 (2010)
  • Author(s): 今津圭介, 小原大輝, 中田武志, 吉田晃人, 玉田薫
  • Organizer: 第30回表面科学学術講演会
  • Place of Presentation: 大阪大学(吹田市)
  • Year and Date: 2010-11-04
• [Presentation] 表面プラズモン共鳴現象を用いた蛍光発光増強効果の観察 (2010)
  • Author(s): 小原大輝, 吉田晃人, Jungmok You, Eunkyoung Kim, 手老龍吾, 玉田薫
  • Organizer: 第30回表面科学学術講演会
  • Place of Presentation: 大阪大学(吹田市)
  • Year and Date: 2010-11-04
• [Presentation] 銀ナノシートを用いた酸化チタン光触媒活性の評価 (2010)
  • Author(s): 中田武志, 小原大輝、今津圭介、呉瀟嫻, 吉田晃人, 立間徹, 玉田薫
  • Organizer: 第30回表面科学学術講演会
  • Place of Presentation: 大阪大学(吹田市)
  • Year and Date: 2010-11-04
• [Presentation] Collective Plasmonic Property of 2D Films Composed of Au and Ag Nanoparticles Fabricated at Air-water Interface (2010)
  • Author(s): Keisuke Imazu, Daiki Obara, Takeshi Nakada, Akihito Yoshida, Koichi Okamoto, Kaoru Tamada
  • Organizer: Asianann2010
  • Place of Presentation: 日本科学未来館(東京都)
  • Year and Date: 2010-11-03
• [Presentation] Collective Plasomon Resonance in 2D Crystalline Film Composed of Metallic Nanoparticles (2010)
  • Author(s): K.Tamada, K.Imazu, B.C.Y.Lin, D.Obara, A.Yoshida, K.Okamoto
  • Organizer: コロイド界面国際会議(NCSS2010)
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(千葉市)
  • Year and Date: 2010-09-19
• [Presentation] Silver Nanosheets as a Marker for the Photocatalytic Activity (2010)
  • Author(s): A.Yoshida, T.Nakada, T.Nagahiro, Y.Kimura, M.Niwano, K.Tamada
  • Organizer: コロイド界面国際会議(NCSS2010)
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(千葉市)
  • Year and Date: 2010-09-19
• [Presentation] 銀微粒子二次元結晶における協同的局在プラズモン共鳴現象 (2010)
  • Author(s): 玉田薫
  • Organizer: 第3回東北大輕麟フォーラム
  • Place of Presentation: 東北大学(仙台市) 招待講演
  • Year and Date: 2010-06-16
• [Presentation] Optical Sensing of Stress Markers Based on Surface Plasmon Spectroscopy (2010)
  • Author(s): 福田伸子
  • Organizer: Korean Physical Society 2010
  • Place of Presentation: Daejeon (韓国) 招待講演
  • Year and Date: 2010-04-21
• [Presentation] 金微粒子と銀微粒子による二次元結晶膜作製と評価(口頭) (2010)
  • Author(s): 今津圭介, 小原大輝, 中田武志, 木村康男, 玉田薫
  • Organizer: 第57回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 平塚(神奈川)
  • Year and Date: 2010-03-19
• [Presentation] ミリスチン酸被覆銀微粒子に対するチオール及びジスルフィドの置換反応性の違い(口頭) (2010)
  • Author(s): 小原大輝, 今津圭介, 中田武志, 林智広, 玉田薫
  • Organizer: 第57回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 平塚(神奈川)
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] 金微粒子と銀微粒子による二次元結晶膜作製と評価(ポスター) (2010)
  • Author(s): 今津圭介, 小原大輝, 中田武志, 木村康男, 玉田薫
  • Organizer: 平成21年度 東北・北海道支部講演会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2010-03-11
• [Presentation] ミリスチン酸被覆銀微粒子に対するチオール及びジスルフィドの置換反応性の違い(口頭) (2010)
  • Author(s): 小原大輝, 今津圭介, 中田武志, 林智広, 玉田薫
  • Organizer: 平成21年度 東北・北海道支部講演会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2010-03-10
• [Presentation] 酸化チタンナノチューブの非接触光触媒活性の評価(ポスター) (2010)
  • Author(s): 中田武志、小原大輝、今津圭介、Vincent Craig、永広武士、木村康男、庭野道夫、玉田薫
  • Organizer: 平成21年度 東北・北海道支部講演会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2010-03-10
• [Presentation] Different reactivity between thiol and disulfide for exchange reaction with myristate capping on Ag nanoparticles(ポスター) (2010)
  • Author(s): 小原大輝, 今津圭介, 中田武志, 林智広, Priastuti Wulandari, 玉田薫
  • Organizer: 5^<th> International Symposium on Medical, Bio and Nano-Electronics
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2010-02-24
• [Presentation] Characterization of photocatalytic activity of TiO2 and ZnO by localized plasmon band of silver nanosheet(ポスター) (2010)
  • Author(s): 中田武志, 小原大輝, 今津圭介, Vincent Craig, 永広武士, 木村康男, 庭野道夫, 玉田薫
  • Organizer: 5^<th> International Symposium on Medical, Bio and Nano-Electronics
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2010-02-24
• [Presentation] Fabrication and Application of Plasmonic Ag Nanosheet (2010)
  • Author(s): 玉田薫
  • Organizer: Workshop on Advanced Biodpecific Interaction Analysis Invited
  • Place of Presentation: ナンヤン工科大学、シンガポール
  • Year and Date: 2010-02-04
• [Presentation] Fabrication and Application of Plasmonic Ag Nanosheet (2009)
  • Author(s): 玉田薫
  • Organizer: 6th SINGAPORE INTERNATIONAL CHEMICAL CONFERENCE (SICC6) Invited
  • Place of Presentation: シンガポール国際会議場、シンガポール
  • Year and Date: 2009-12-16
• [Presentation] Enhancement of fluorescence Based on Long-Range Surface Plasmon Modes with SiO_2/Al/SiO_2 Films (2009)
  • Author(s): 福田伸子, 牛島洋史
  • Organizer: 第19回日本MRS学術シンポジウム
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2009-12-08
• [Presentation] Ag nanoparticle sheet as a marker of lateral remote photocatalytic reaction(ポスター) (2009)
  • Author(s): 玉田薫, 永広武士, 木村康男, 庭野道夫, 林智広, Yasuhiro Ikezoe, Masahiko Hara, Tetsu Tatsuma
  • Organizer: The second French Research Organizations-Tohoku University Join Workshop on Frontier Materials
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2009-12-01
• [Presentation] 銀ナノシートを用いた光触媒活性の評価(口頭) (2009)
  • Author(s): 中田武士、小原大輝、今津圭介, Craig Vincent、木村康男、庭野道夫, 関成之、羽賀浩一、玉田薫
  • Organizer: 第29回表面科学学術講演会
  • Place of Presentation: 船橋
  • Year and Date: 2009-10-29
• [Presentation] 機能性銀ナノシートの作製と応用(口頭) (2009)
  • Author(s): 小原大輝、玉田薫、斉藤真奈、中田武士、今津圭介、秋山陽久
  • Organizer: 第29回表面科学学術講演会
  • Place of Presentation: 船橋
  • Year and Date: 2009-10-29
• [Presentation] Fabrication and Application of Plasmonic Ag Nanosheet (2009)
  • Author(s): 玉田薫
  • Organizer: 6th International Conference on Materials Engineering for Resources (ICMR2009) Invited
  • Place of Presentation: 秋田
  • Year and Date: 2009-10-21
• [Presentation] Fabrication and Application of Plasmonic Nanosheet Compoased of Nanoparticles (2009)
  • Author(s): 玉田薫
  • Organizer: 3rd Asian Conference on Colloid & Interface Science (ACCIS2009) Invited
  • Place of Presentation: 韓国済州島、韓国
  • Year and Date: 2009-10-12
• [Presentation] 紫色レーザー照射で誘起される長距離伝搬プラズモン場での膜厚変化および蛍光の同時測定 (2009)
  • Author(s): 福田伸子、牛島洋史
  • Organizer: 日本分析学会第58年会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2009-09-26
• [Presentation] 金および銀ナノ微粒子表面への脂肪酸のユニークな吸着形態 (2009)
  • Author(s): 玉田薫
  • Organizer: 第62回コロイドおよび界面討論会Invited
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] 長距離伝搬表面プラズモン場におけるケミカルバイオセンシング (2009)
  • Author(s): 福田伸子、牛島洋史
  • Organizer: 電子情報通信学会2009ソサイエティ大会
  • Place of Presentation: 新潟
  • Year and Date: 2009-09-15
• [Presentation] Application of Plasmonic Ag Nanosheet : Characterization of Photocatalitic Activity of TiO2 nanotube (2009)
  • Author(s): 玉田薫
  • Organizer: 7th International Symposium on Modern Optics and Its Applications (ISMOA 2009) Invited
  • Place of Presentation: バンドン工科大学、インドネシア
  • Year and Date: 2009-08-12
• [Book] 新しい局面を迎えた界面の分子科学 (2011)
  • Author(s): 玉田薫
  • Total Pages: 7
  • Publisher: 化学同人
• [Book] フォトニックナノ構造の最近の進展 (2011)
  • Author(s): 玉田薫
  • Total Pages: 13
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Book] 第118回微小光学研究会予稿集 (2010)
  • Author(s): 王田薫、岡本晃一
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 応用物理学会
• [Book] 超分子サイエンス&テクノロジー ～基礎からイノベーションまで～(SAMバイオデバイス) (2009)
  • Author(s): 玉田薫
  • Total Pages: 8
  • Publisher: エヌテイーエス
• [Book] 第3版 現代界面コロイド化学の基礎 -原理・応用・測定ソリューション(表面プラズモン共鳴法) (2009)
  • Author(s): 玉田薫
  • Total Pages: 3
  • Publisher: 丸善株式会社
• [Remarks]
  • URL: http://www.riec.tohoku.ac.jp/lab/tamada/index-j.html