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2018 年度 実績報告書

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
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
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。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1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 ページ: 印刷中

    • DOI

      DOI: 10.1039/C9PP00098D

    • 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
      K. Akiyoshi, Y. Y. Tanaka, T. Ishida, T. Shimura, and T. Tatsuma
    • 雑誌名

      ACS Appl. Nano Mater.

      巻: 1 ページ: 5994-5999

    • DOI

      10.1021/acsanm.8b01829

    • 査読あり
  • [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)
    • 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

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公開日: 2019-12-27  

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