プラズモン導波路を用いたリモート励起多機能光トラッピング

• 研究領域: 光圧によるナノ物質操作と秩序の創生
• 研究課題/領域番号: 17H05458
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 雲林院 宏 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (40519352)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円); 2018年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2017年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
• キーワード: 光圧 / トラッピング / プラズモン導波路 / 非線形光学現象 / 光トラッピング / 光ピンセット / ナノ材料 / 光物性

研究実績の概要

物理学から生物学まで、広い分野で応用されている光圧は遠方場から近接場へとその舞台を変えつつある。その中で、局在プラズモン共鳴（LSPR）はナノ物質輸送への応用が期待されている。本研究では、複数のプラズモン導波路を利用したリモート励起多機能光トラッピングを新たに提案する。導波路を伝わる伝搬プラズモンにより導波路先端でLSPRを励起（リモート励起）し、複数の導波路を交互にON/OFFすることによってLSPR位置をnmレベルで動的に制御する方法を新たに開発する。さらに、nm領域でトラップされている物質輸送の様子を、光学顕微鏡で観測する手法を新たに提案・開発することを目的とした。
本研究では、プラズモン導波路としては、化学的に合成した減衰係数の低い径１００ナノメートル、長さ１０から２０ マイクロメートル程度の銀ナノワイヤーを用いた。近赤外フェムト秒レーザー光をプラズモン導波路に伝搬させると、導波路上を光が伝搬している部分では３次の非線形現象である４波混合が優先的に起こり、導波路の端では２次の非線形である和収差や第２次高調波が優先的に起こることを、蛍光顕微鏡を駆使することで実験的に証明した。この現象を利用し、 2次の非線形光学現象である和収差に共鳴する量子ドットは導波路の両端のみにトラップされるが、3次の非線形現象である４波混合と共鳴する量子ドットは導波路全体にトラップされることを見出した。これにより、非線形光学現象によって、光トラップの場所依存の制御の可能性を初めて示唆した。

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。

研究成果

• [国際共同研究] KU Leuven(ベルギー)
• [国際共同研究] KU Leuven(ベルギー)
• [雑誌論文] PSF Distortion in Dye-Plasmonic Nanomaterial Interactions: Friend or Foe? (2019)
  • 著者名/発表者名: Baiyasi Rashad、Jebeli Seyyed Ali Hosseini、Zhang Qingfeng、Su Liang、Hofkens Johan、Uji-i Hiroshi、Link Stephan、Landes Christy F.
  • 雑誌名: ACS Photonics 巻: 6 号: 3 ページ: 699-708
  • DOI: 10.1021/acsphotonics.8b01576
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Organoids from pituitary as a novel research model toward pituitary stem cell exploration (2019)
  • 著者名/発表者名: Cox Benoit、Laporte Emma、Vennekens Annelies、Kobayashi Hiroto、Nys Charlotte、Van Zundert Indra、Uji-i Hiroshi、Vercauteren Drubbel Alizee、Beck Benjamin、Roose Heleen、Boretto Matteo、Vankelecom Hugo
  • 雑誌名: Journal of Endocrinology 巻: 240 号: 2 ページ: 287-308
  • DOI: 10.1530/joe-18-0462
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Polymeric Engineering of Nanoparticles for Highly Efficient Multifunctional Drug Delivery Systems (2019)
  • 著者名/発表者名: Fortuni Beatrice、Inose Tomoko、Ricci Monica、Fujita Yasuhiko、Van Zundert Indra、Masuhara Akito、Fron Eduard、Mizuno Hideaki、Latterini Loredana、Rocha Susana、Uji-i Hiroshi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 2666-2666
  • DOI: 10.1038/s41598-019-39107-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Synthesis of 42-faceted bismuth vanadate microcrystals for enhanced photocatalytic activity (2019)
  • 著者名/発表者名: Zhai Xueting、Li Zhuoyao、Lu Zichen、Wang Guilin、Li Ping、Gao Yongqian、Huang Xiao、Huang Wei、Uji-i Hiroshi、Lu Gang
  • 雑誌名: Journal of Colloid and Interface Science 巻: 542 ページ: 207-212
  • DOI: 10.1016/j.jcis.2019.02.008
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Silver nanowires for highly reproducible cantilever based AFM-TERS microscopy: towards a universal TERS probe (2018)
  • 著者名/発表者名: Walke Peter、Fujita Yasuhiko、Peeters Wannes、Toyouchi Shuichi、Frederickx Wout、De Feyter Steven、Uji-i Hiroshi
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 10 号: 16 ページ: 7556-7565
  • DOI: 10.1039/c8nr02225a
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mapping Transient Protein Interactions at the Nanoscale in Living Mammalian Cells (2018)
  • 著者名/発表者名: De Keersmaecker Herlinde、Camacho Rafael、Rantasa David Manuel、Fron Eduard、Uji-i Hiroshi、Mizuno Hideaki、Rocha Susana
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 12 号: 10 ページ: 9842-9854
  • DOI: 10.1021/acsnano.8b01227
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Facilitating Tip-Enhanced Raman Scattering on Dielectric Substrates via Electrical Cutting of Silver Nanowire Probes (2018)
  • 著者名/発表者名: Walke Peter、Toyouchi Shuichi、Wolf Mathias、Peeters Wannes、Prabhu Sugosh R.、Inose Tomoko、De Feyter Steven、Fujita Yasuhiko、Uji-i Hiroshi
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 9 号: 24 ページ: 7117-7122
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b03189
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Separation of mono-dispersed CH3NH3PbBr3 perovskite quantum dots via dissolution of nanocrystals (2018)
  • 著者名/発表者名: Umemoto Kazuki、Takeda Masaki、Tezuka Yuki、Chiba Takayuki、White Matthew Schuette、Inose Tomoko、Yoshida Tsukasa、Asakura Satoshi、Toyouchi Shuichi、Uji-i Hiroshi、Masuhara Akito
  • 雑誌名: CrystEngComm 巻: 20 号: 44 ページ: 7053-7057
  • DOI: 10.1039/c8ce01239c
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] One-Directional Antenna Systems: Energy Transfer from Monomers to J-Aggregates within 1D Nanoporous Aluminophosphates (2017)
  • 著者名/発表者名: Sola-Llano Rebeca、Fujita Yasuhiko、Gomez-Hortiguela Luis、Alfayate Almudena、Uji-i Hiroshi、Fron Eduard、Toyouchi Shuichi、Perez-Pariente Joaquin、Lopez-Arbeloa Inigo、Martinez-Martinez Virginia
  • 雑誌名: ACS PHOTONICS 巻: 5 号: 1 ページ: 151-157
  • DOI: 10.1021/acsphotonics.7b00553
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] In situ synthesis of Au-shelled Ag nanoparticles on PDMS for flexible, long-life, and broad spectrum-sensitive SERS substrates (2017)
  • 著者名/発表者名: Fortuni B.、Inose T.、Uezono S.、Toyouchi S.、Umemoto K.、Sekine S.、Fujita Y.、Ricci M.、Lu G.、Masuhara A.、Hutchison J. A.、Latterini L.、Uji-i H.
  • 雑誌名: CHEMICAL COMMUNICATIONS 巻: 53 号: 82 ページ: 11298-11301
  • DOI: 10.1039/c7cc05420c
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Surface Density-of-States Engineering of Anatase TiO2 by Small Polyols for Enhanced Visible-Light Photocurrent Generation (2017)
  • 著者名/発表者名: Aubert Remko、Kenens Bart、Chamtouri Maha、Fujita Yasuhiko、Fortuni Beatrice、Lu Gang、Hutchison James A.、Inose Tomoko、Uji-i Hiroshi
  • 雑誌名: ACS OMEGA 巻: 2 号: 10 ページ: 6309-6313
  • DOI: 10.1021/acsomega.7b00853
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Highly controllable direct femtosecond laser writing of gold nanostructures on titanium dioxide surfaces (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujita Y.、Aubert R.、Walke P.、Yuan H.、Kenens B.、Inose T.、Steuwe C.、Toyouchi S.、Fortuni B.、Chamtouri M.、Janssen K. P. F.、De Feyter S.、Roeffaers M. B. J.、Uji-i H.
  • 雑誌名: NANOSCALE 巻: 9 号: 35 ページ: 13025-13033
  • DOI: 10.1039/c7nr04299j
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Plasmonic waveguiding tip-enhanced Raman microscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: 雲林院宏
  • 学会等名: RamanFest 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ナノスケールで見るポリマーダイナミクス (2018)
  • 著者名/発表者名: 雲林院宏
  • 学会等名: 第67回高分子討論会
  • 招待講演
• [学会発表] Silver nanowire tip-enhanced Raman scattering probe (2018)
  • 著者名/発表者名: 雲林院宏
  • 学会等名: 14th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-14)and 26th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM26)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Layer by layer surface coating of silver nanoparticles for active SERS detection inside live cells (2018)
  • 著者名/発表者名: INOSE Tomoko, ISHIDA Takuto, WATANABE Kiri, FARSAI Taemaitree, FORTUNI Beatrice, KOSEKI Yoshitaka, KASAI Hitoshi, UJI-I Hiroshi
  • 学会等名: 2018年光化学討論会
• [学会発表] シルバーナノワイヤー探針増強ラマン散乱顕微鏡 (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤田康彦、猪瀬朋子、雲林院宏
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] Functionalization of Mesoporous Silica Nanoparticles with efficient Endosomal Escape for Cancer Targeted Drug Delivery (2018)
  • 著者名/発表者名: Fortuni Beatrice, Ricci Monica, Susana Rocha, Masuhara Akito, Inose Tomoko, Uji-i Hiroshi
  • 学会等名: 日本化学会 第98春季年会
• [学会発表] Plasmonic waveguiding Remote Excitation of Tip-enhanced Raman Scattering (2017)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Fujita, Tomoko Inose, Hiroshi Uji-i
  • 学会等名: 日本化学会 第97春季年会
• [学会発表] "プラズモン導波路リモート励起探針増強ラマン顕微鏡 Plasmonic waveguiding remote excitation of tip-enhanced Raman scattering" (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤田康彦、猪瀬朋子、雲林院宏
  • 学会等名: 第73回日本顕微鏡学会学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] Plasmonic endoscopy toward single cell interrogation (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Uji-i
  • 学会等名: RACI National Centenary Conference 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Study of anti-cancer drug administration in single cancer cells using remote excitation of SERS (RE-SERS) (2017)
  • 著者名/発表者名: 雲林院宏、Ricci Monica、Fortuni Beatrice、Rocha Susana、豊内秀一、藤田康彦、猪瀬朋子
  • 学会等名: 光化学討論会
• [学会発表] Plasmonic Waveguiding Remote Excitation Spectroscopy toward Single-cell Interrogation (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Uji-i
  • 学会等名: The 15th Conference on Methods and Applications in Fluorescence
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Surface density-of-states engineering of TiO2 by adsorption of small polyols for enhanced visible photo-catalytic activity (2017)
  • 著者名/発表者名: Remko Aubert, Bart Kenens, Maha Chamtouri, Yasuhiko Fujita, Tomoko Inose, Akito Masuhara, Hiroshi Uji-i
  • 学会等名: 錯体化学会
• [学会発表] Plasmonic endoscopy at single cell level (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Uji-i
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
  • 招待講演
• [学会発表] Remote Spectroscopy Using Plasmonic Waveguide toward Single-Cell Interrogation (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Uji-i
  • 学会等名: 2017 RIIES-CIS Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 電子科学研究所光科学研究部門ナノ材料光計測研究分野
  • URL: http://www.es.hokudai.ac.jp/labo/lnn/Top.html