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プラズモン誘起電荷分離を用いた新規バイオセンサの開発

研究課題

研究課題/領域番号 16J07685
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 分析化学
研究機関東京大学

研究代表者

秋吉 一孝  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2018年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2016年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードプラズモン誘起電荷分離 / 局在表面プラズモン共鳴 / 電子移動 / 金ナノプリズム / 周期構造 / 電子線リソグラフィ / lattice plasmon / Rayleigh Anomaly / 酸化チタン / 金ナノ粒子 / 回折カップリング / ナノアンテナ効果 / 銀ナノキューブ
研究実績の概要

今年度は下記の2点に大別した、局在表面プラズモン共鳴(LSPR)センサの高性能化を達成し、成果を学会発表や学術論文により報告することができた。
①金ナノ粒子を酸化チタンで被覆した系に対し、適切な電位を印加することにより、LSPRに基づく電荷分離(PICS)が起こる波長や効率を電気化学的に制御した。この構造ではLSPR が長波長側にシフトしやすく、PICS 効率が低くなりやすいが、印加電位を負側にシフトさせると、カソード光電流が増大した。また、光電流ピークは元の吸収ピークの位置に近づくように長波長シフトした。これは、酸化チタン内のバンド曲がりが大きくなり、金ナノ粒子から酸化チタンに注入された電子の、金ナノ粒子への逆電子移動が抑制された効果と、ショットキー障壁が低くなり、酸化チタンへの電子移動が促進された効果などによるものと推察された。これを粒子近傍の屈折率変化に基づくバイオセンシングに利用すれば、出力信号をより大きくし、検出しやすくできると期待される。
②金ナノプリズムを光の波長程度の間隔で周期的に配列させ、粒子近傍と溶液バルクの屈折率変化を同時かつ定量的に評価できる新規プラズモン-回折ハイブリッドセンサを開発した。粒子近傍と溶液バルクの屈折率の両方に選択性の高い、LSPR由来のピークだけでなく、溶液バルクの屈折率に選択性の高い、回折由来のディップについてもセンサ応答として利用することで、粒子近傍と溶液バルクの屈折率変化を同時に得られることを、実験と電磁場シミュレーションから裏付けた。これは、試料溶液と標準溶液との屈折率差による影響を排除して、センサ近傍のみの屈折率変化を評価することに役立ち、他の新規マルチ応答センサの開発にもつながると期待される。
以上のように、当初の予定とは違う方向へも進展したが、その結果、種々の新規な知見が得られ、プラズモンセンサ特性の改善などに応用できた。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Electrochemical Modulation of Plasmon-Induced Charge Separation Behaviour at Au-TiO2 Photocathodes2019

    • 著者名/発表者名
      K. Akiyoshi and T. Tatsuma
    • 雑誌名

      Photochem. Photobiol. Sci.

      巻: 印刷中 号: 7 ページ: 1727-1731

    • DOI

      10.1039/c9pp00098d

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Plasmonic Diffractive Hybrid Sensors Based on a Gold Nanoprism Array2018

    • 著者名/発表者名
      Kazutaka Akiyoshi, Yoshito Y. Tanaka* , Takuya Ishida, Tsutomu Shimura, and Tetsu Tatsuma*
    • 雑誌名

      CS Appl. Nano Mater.

      巻: 1 号: 11 ページ: 5994-5999

    • DOI

      10.1021/acsanm.8b01829

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enhancement of Plasmon-Induced Charge Separation Efficiency by Coupling Silver Nanocubes with a Thin Gold Film2016

    • 著者名/発表者名
      K. Akiyoshi, K. Saito, and T. Tatsuma
    • 雑誌名

      J. Photonics Energy

      巻: 6 号: 4 ページ: 042505-042505

    • DOI

      10.1117/1.jpe.6.042505

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Plasmonic-Diffractive Hybrid Sensor2018

    • 著者名/発表者名
      K. Akiyoshi, Y. Tanaka, T. Ishida, T. Shimura, and T. Tatsuma
    • 学会等名
      International Workshop on Advanced Nanoscience and Nanomaterials 2018 (IWANN2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 金ナノプリズムアレイに基づくプラズモン-光回折ハイブリッドセンサ2018

    • 著者名/発表者名
      秋吉 一孝・田中 嘉人・石田 拓也・志村 努・立間 徹
    • 学会等名
      第8回CSJ化学フェスタ2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] プラズモン誘起電荷分離の電気化学的制御とその応用2018

    • 著者名/発表者名
      秋吉 一孝・立間 徹
    • 学会等名
      電気化学会第85回大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 金ナノプリズムアレイLSPRの回折カップリングに基づく屈折率応答2018

    • 著者名/発表者名
      秋吉 一孝・田中 嘉人・石田 拓也・志村 努・立間 徹
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 局在表面プラズモン共鳴特性の電気化学的制御とその応用2017

    • 著者名/発表者名
      秋吉 一孝・西 弘泰・立間 徹
    • 学会等名
      第7回CSJ化学フェスタ2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Development of LSPR Sensors Based on Plasmon-Induced Charge Separation2017

    • 著者名/発表者名
      K. Akiyoshi and T. Tatsuma
    • 学会等名
      International Workshop on Advanced Nanoscience and Nanomaterials 2017 (IWANN2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 金の薄膜を被覆した金属ナノ粒子によるプラズモン誘起電荷分離効率の向上2016

    • 著者名/発表者名
      秋吉 一孝・齋藤 滉一郎・立間 徹
    • 学会等名
      第6回CSJ化学フェスタ2016
    • 発表場所
      タワーホール船堀
    • 年月日
      2016-11-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Development of Potentiometric LSPR Sensors with Au and Au@TiO22016

    • 著者名/発表者名
      K. Akiyoshi and T. Tatsuma
    • 学会等名
      Pacific Rim Meeting 2016
    • 発表場所
      Honolulu, Hawaii
    • 年月日
      2016-10-04
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 金薄膜被覆銀ナノキューブによるプラズモン誘起電荷分離効率の向上2016

    • 著者名/発表者名
      秋吉 一孝・齋藤 滉一郎・立間 徹
    • 学会等名
      2016年度光化学討論会
    • 発表場所
      東京大学駒場第一キャンパス
    • 年月日
      2016-09-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 研究紹介記事

    • URL

      https://spie.org/membership/spie-professional-magazine/spie-professional-archives-and-special-content/2017_january_archive/photonics-for-energy-efficiency-of-plasmon-induced-carrier-separation

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 立間研究室 ホームページ

    • URL

      http://www.iis.u-tokyo.ac.jp/~tatsuma/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

URL: 

公開日: 2016-05-17   更新日: 2024-03-26  

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