超高感度・超解像振動分光法の確立とナノ構造体/溶液界面への適用

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14340189
• 研究機関: 独立行政法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 二又 政之 独立行政法人産業技術総合研究所, 界面ナノアーキテクトニクス研究センター, 主任研究員 (20344161)
• 研究分担者: 澤田 嗣郎 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (90011105) ; 清水 敏美 独立行政法人産業技術総合研究所, 界面ナノアーキテクトニクス研究センター, センター長 (10357220) ; 松田 直樹 独立行政法人産業技術総合研究所, 界面ナノアーキテクトニクス研究センター, 主任研究員 (10344219) ; 片山 建二 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助手 (00313007)
• キーワード: 表面プラズモン / 近接場振動分光 / 単一分子検出 / フェムト秒時間分解分光 / 光導波路分光 / 準弾性光散乱法 / 表面増強ラマン散乱 / 過渡反射格子

研究概要

1.表面増強ラマン散乱を利用した単一分子分析法の確立:1)銀ナノ粒子接合部に1個の吸着分子が存在するとき、巨大な増強度が得られることを、ラマンスペクトルと弾性散乱スペクトルの時間相関から明らかにした。2)FDTD数値計算法により単一分子感度を与える金属ナノ構造として、シャープなエッジを有する三角柱を見出した。それを実際にナノ粒子リソグラフィにより形成し、単一分子ラマン検出を実証した。
2.ATR-SNOM-Raman分光法:1)50nmの空間分解能でのラマンイメージとトポグラフィの同時検出に成功した。2)固液界面への適用法を見出した。
3.近接場赤外分光法:1)前年度試作した倒立型赤外顕微鏡とAFMの複合・金属修飾プローブの利用により、初めてチップ増強赤外吸収測定に成功した。
4.スラブ光導波路(SOWG)分光法の確立:ITO薄膜を形成したSOWGの作成条件を最適化し、電気化学的に制御可能かつ安定なSOWG法の確立を進めた。
5.超高感度分光法のナノ構造体/溶液界面への適用:1)水/ニトロベンゼン界面に存在するイオン性界面活性剤分子により誘起される化学振動を電気化学的測定と準弾性光散乱法による表面張力の同時測定により解析し、分子レベルでの振動のオリジン・メカニズムを解析した。2)表面増強ラマン散乱のメカニズムに関して、過渡反射格子法により検討し、SERS活性な金表面に吸着した色素分子等で、電子移動を証拠づける表面プラズモンの新たな緩和パスを見出した。従来かち問題になっていた化学増強メカニズムと電磁気学的モデルが、実際の試料系でどのように寄与しているかを詳細に解明するために有用と考えられる。

研究成果

• [文献書誌] M.Futamata, Y.Maruyama, M.Ishikawa: "Local Electric Field and Scattering Cross Section on Ag nanoparticles under Surface Plasmon Resonances using Finite Difference Time Domain Method"Journal of Physical Chemistry B.. 107. 7607-7617 (2003)
• [文献書誌] Y.Maruyama, M.Ishikawa, M.Futamata: "Thermal activation of Blinking in SERS"Journal of Physical Chemistry B.. 108. 673-678 (2004)
• [文献書誌] M.Futamata, Y.Maruyama, M.Ishikawa: "Metal Nanostructure for Single Molecule Detection in SERS"Vibrational Spectroscopy. (受理済み、印刷中). (2004)
• [文献書誌] M.Futamata: "Characterization of the first layer and second layer adsorbates on Au electrodes using ATR-IR spectroscopy"Journal of Electroanalytical Chemistry. 550-551. 93-103 (2003)
• [文献書誌] N.Goutev, M.Futamata: "ATR-SEIRA spectroscopy of cardany1 terminated self-assembled monolayers on Au"Applied Spectroscopy. 57. 506-513 (2003)
• [文献書誌] K.Shibamoto, K.Katayama, T.Sawada: "Fundamental processes of surface enhanced Raman scattering detected by transient reflecting grating spectroscopy"Journal of Photochemistry and Photobiology A. 158. 105-110 (2003)
• [文献書誌] K.Shibamoto, K.Katayama, M.Fujinami, T.Sawada: "Fundamental processes of surface enhanced Raman scattering detected with transient reflecting grating spectroscopy"Review of Scientific Instruments. 74. 910-912 (2003)
• [文献書誌] H.Yui, Y.Ikezoe, T.Takahashi, T.Sawada: "The Role of Coexisting Ions in a Chemical Oscillation Induced by Ionic Surfactant Molecules at a Water/Nitrobenzene Interface"Journal of Physical Chemistry B.. 107. 8433-8437 (2003)
• [文献書誌] T.Morisaku, H.Yui, M.Iwazumi, Y.Ikezoe, M.Fujinami, T.Sawada: "Real-Time Observation for the Enzymatic Reaction of Phospholipid Membrane : Application of the Time-Resolved Quasi-Elastic Laser Scattering"Analytical Chemistry. (受理済み、印刷中). (2004)
• [文献書誌] M.Takahashi, H.Yui, Y.Ikezoe, T.Sawada: "Anomalous Change in Interfacial Tension Induced by Collapses of AOT Microemulsions at Heptane/Water Interface"Chemical Physics Letters. (受理済み、印刷中). (2004)
• [文献書誌] Jose H.Santos, N.Matsuda, Z.Qi, T.Yoshida, A.Takatsu, K.Kato: "Experimental Evidence of the Reversibility of the First Stage of Protein Adsorption at a Hydrophobic Quartz Surface Near the Isoelectric Point"Surface and Interface Analysis. 35. 432-436 (2003)
• [文献書誌] N.Matsuda, Jose H.Santos, A.Takatsu, K.Kato: "Spectroelectrochemical Studies on Surface Immobilized Cytochrome c on ITO electrode by Slab Optical Waveguide Spectroscopy"Thin Solid Films. 438-439. 403-406 (2003)
• [文献書誌] Z.Qi, N.Matsuda, A.Takatsu, K.Kato: "A Kinetic Study of Cytochrome c Adsorption to Hydrophilic Glass by Broad-Band, Time-resolved Optical Waveguide Spectroscopy"Journal of Physical Chemistry B. 107. 6873-6875 (2003)
• [文献書誌] N.Matsuda, J.H.Santos, A.Takatsu, K.Kato: "In Situ Observation of Absorption Spectra and Adsorbed Species of Methylene Blue on Indium-tin-oxide Electrode by Slab Optical Waveguide Spectroscopy"Thin Solid Films. 445. 313-316 (2003)
• [文献書誌] 二又 政之(分担執筆): "表面増強ラマン「実験化学講座 改訂第5版」"日本化学会編 丸善(印刷中). 350 (2004)