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2018 年度 実績報告書

ナノ粒子の空間分布制御を実現する新規粒子配列体の創成

研究課題

研究課題/領域番号 16J03375
研究機関東北大学

研究代表者

渡部 花奈子  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2019-03-31
キーワード微粒子材料 / ラトル型粒子 / 可動性コア / 粒子配列体 / 金属ナノ粒子 / 表面増強ラマン散乱 / 局在表面プラズモン共鳴
研究実績の概要

金属ナノ粒子は、特異的な光学特性やセンシング特性を有することが知られている。これらの特性を制御、向上させるためにはナノ粒子同士を集める(集積化させる)ことが重要である。一方で、ナノ粒子は一般的に液中で不安定であり、溶液pHや温度変化など、周囲環境のわずかな変化にも耐えきれず凝集してしまう。以上の背景から、ナノ粒子の集積化と凝集のジレンマを解決する方法の開発が求められている。そこで本研究では、中空粒子構造を利用し、凝集しやすい金ナノ粒子の空間分布を電場印加により可逆的に制御することを目的とした。
まず複数個からなる金ナノ粒子のクラスターを格納した中空シリカ粒子合成し、光学特性評価を行ったところ、内包金ナノ粒子個数の増大に伴い粒子分散水溶液の吸収スペクトルは長波長側にシフトした。次に、同粒子のセンシング特性をラマンスペクトル測定により評価した。複数の金ナノ粒子を内包した中空粒子からは、単一の金ナノ粒子を内包した中空粒子と比較して55倍程度高いラマンスペクトル強度が検出された。
得られた金ナノクラスター内包型中空粒子を分散させた水溶液に対して交流電場を印加した。電場印加により同粒子が局所的に集まり、効率的にナノ粒子の特性を引き出せることがわかった。検出物質のラマンスペクトルを測定したところ、電場印加後には印加前と比べてラマンスペクトル強度が増強された。同粒子の集積⇔分散状態は電場のON/OFFの切り替えにより可逆的に制御可能であることも確認した。液中分散安定性の高い中空シリカ粒子は、電場等の外的な刺激を受け粒子同士が接近しても、電場を解除することで再度分散状態に戻ることができる。これにより、凝集しやすい金ナノクラスターの液中分散性が保たれ、可逆的な粒子空間分布の制御が実現した。

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。

備考

掲載論文:K. Watanabe et al., Soft Matter, 14, 3372-3377, 2018.

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 5件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] ユトレヒト大学(オランダ)

    • 国名
      オランダ
    • 外国機関名
      ユトレヒト大学
  • [雑誌論文] Depletion-interaction-driven Assembly of Golf ball-like Particles for Development of Colloidal Macromolecules2019

    • 著者名/発表者名
      Kanako Watanabe, Yui Tajima, Takuya Shimura, Haruyuki Ishii, Daisuke Nagao
    • 雑誌名

      Journal of Colloid and Interface Science

      巻: 534 ページ: 81-87

    • DOI

      10.1016/j.jcis.2018.08.117

    • 査読あり
  • [雑誌論文] External-Stimuli-Assisted Control over Assemblies of Plasmonic Metals2018

    • 著者名/発表者名
      Kanako Watanabe, Kotaro Kuroda, Daisuke Nagao
    • 雑誌名

      Materials

      巻: 11 ページ: 794

    • DOI

      10.3390/ma11050794

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 光触媒粒子の液中分散性向上に関する検討2019

    • 著者名/発表者名
      波形光、大久保沙耶、渡部花奈子、石井治之、長尾大輔
    • 学会等名
      マテリアル・ファブリケーション・デザインセミナー(東北大学)
  • [学会発表] シリカカプセル化金ナノトライアングルの作製とそのプラズモン特性2019

    • 著者名/発表者名
      中村幸佑、黒田昂太郎、渡部花奈子、石井治之、長尾大輔
    • 学会等名
      化学工学会第84年会(芝浦工業大学)
  • [学会発表] Motions of cores incorporated into a rattle particle under an external electric field2018

    • 著者名/発表者名
      K. Watanabe, E. Tanaka, H. Ishii, D. Nagao
    • 学会等名
      16th Conference of the International Association of Colloid and Interface Scientists (IACIS), the Netherlands
    • 国際学会
  • [学会発表] Preparation of magnetic composite particles toward precise separation of target biomolecules2018

    • 著者名/発表者名
      N. Kohama, K. Watanabe, H. Ishii, M. Konno, D. Nagao
    • 学会等名
      16th Conference of the International Association of Colloid and Interface Scientists (IACIS), the Netherlands
    • 国際学会
  • [学会発表] Rattle-type colloidal crystal incorporating movable silica/titania cores for an optical material with switchable property2018

    • 著者名/発表者名
      K. Watanabe, E. Tanaka, H. Ishii, D. Nagao
    • 学会等名
      European Colloid and Interface Society (ECIS), Ljubljana, Slovenia
    • 国際学会
  • [学会発表] Light-driven motions of snowman-like particles in H2O2 solution2018

    • 著者名/発表者名
      N. Shigeta, K. Watanabe, H. Ishii, D. Nagao
    • 学会等名
      European Colloid and Interface Society (ECIS), Ljubljana, Slovenia
    • 国際学会
  • [学会発表] 3D mobility of nanoparticles studied with liquid cell STEM2018

    • 著者名/発表者名
      T. A. J. Welling, S. Sadighikia, K. Watanabe, D. Nagao, A. van Blaaderen, M. A. van Huis
    • 学会等名
      European Colloid and Interface Society (ECIS), Ljubljana, Slovenia
    • 国際学会
  • [学会発表] 電場を用いた粒子空間分布の可逆的制御2018

    • 著者名/発表者名
      渡部花奈子
    • 学会等名
      材料化学システム工学討論会(同志社大学)
  • [学会発表] 枯渇相互作用を利用した異方性粒子の選択的な粒子集積プロセスの検討2018

    • 著者名/発表者名
      志村拓哉, 渡部花奈子, 石井治之, 長尾大輔
    • 学会等名
      化学工学会 第50回秋季大会(鹿児島大学)
  • [学会発表] 微小空間での粒子配向制御に向けた金ナノロッド複合中空粒子の合成2018

    • 著者名/発表者名
      黒田昴太郎, 渡部花奈子, 石井治之, 長尾大輔
    • 学会等名
      化学工学会 第50回秋季大会(鹿児島大学)
  • [学会発表] 粒子形状認識による新たな粒子3次元集積プロセスの開発2018

    • 著者名/発表者名
      渡部花奈子, 田島優衣, 志村拓哉, 石井治之,長尾大輔
    • 学会等名
      第20回高分子ミクロスフェア討論会(岡山大学)
  • [備考] Advanced in Engineeringに研究員が筆頭著者の論文が掲載

    • URL

      https://advanceseng.com/controlling-plasmonic-properties-metal-nanoparticles/

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公開日: 2019-12-27  

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