| 研究課題/領域番号 |
16K05823
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| 研究機関 | 東洋大学 |
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研究代表者 |
竹井 弘之 東洋大学, 生命科学部, 教授 (40520789)
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| 研究分担者 |
岡本 隆之 国立研究開発法人理化学研究所, その他, 特別嘱託研究員 (40185476)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 残留農薬 / 迅速検出 / 表面増強ラマン分光法 / 貴金属ナノ構造 / 粘着テープ / 柑橘類 |
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| 研究実績の概要 |
平成29年度においては、主にナノ銀樹の成長条件の最適化を行った。作製方法の工程として、ガラス基板に対するシリカ粒子の吸着、卑金属の真空蒸着、硝酸銀による置換反応の三工程を挙げられる。その際、ナノ銀樹に影響を及ぼすパラメータとして、シリカ粒子の粒径、卑金属の種類、蒸着厚、置換反応の温度が重要である。これらパラメータの値として、シリカ粒子の粒径は100、400、700 nm、卑金属の種類は銅、アルミ、クロム、蒸着厚は10、30、60 nm、置換反応の温度は4、20、50℃と設定した。これらパラメータを網羅的に組み合わせて銀ナノ構造体を作製した。全てのサンプルの像を走査型電子顕微鏡で取得し、表面増強ラマン法（SERS法）による評価を行った。用いたモデル分子は、濃度100 μMのrhodamine 6G（R6G）と1,2-bis(4-pyridyl)ethylene（BPE）の水溶液とし、励起波長は532および633 nmとした。R6Gの場合には1365 cm-1のピーク、BPEの場合には1630 cm-1のピークの高さを指標として評価したところ、次のサンプルから良好の結果が得られた。（Cu、粒径100 nm、蒸着厚 60 nm、反応温度4℃）、以下同様（Cu、400 nm、60 nm、20℃）、（Cu、700 nm、60 nm、20℃）。AlとCrを用いた場合、Cuの場合よりも増強率は低かったが、（Al、100 nm、60 nm、4℃）は比較的良好であった。作製条件に対する銀構造体の形態依存性については、（Cu、100 nm、60 nm、4~50℃）の場合が顕著であり、温度上昇に伴い、形状がフィラメント（4℃）、シート（20℃）、デンドライト（50℃）と変化していった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
研究着手時には想定していなかった性能向上型の基板作製方法（ガラスの代わりに粘着テープを用いて、SERS基板を強靭にする方法）が初年度に見いだされた。その条件検討に時間が取られたため遅れが生じたが、平成29年度中にはマンパワーの補強により遅れをある程度取り戻した。作製パラメータのほぼ全ての組み合わせたサンプル調製を終了し、SERSによる評価および簡易SEMによる評価を行った。農作物表面の残留農薬検出の評価は平成30年度に本格的に着手するが、平成29年度においては従来型帽子状銀ナノ粒子をモデルとして、様ざまな条件パラメータの検討を行った。粘着テープ表面にシリカ粒子を転写する際に必要な圧力、作製した銀ナノ構造体の押し付け圧力および回数についての検討であり、利用に適した市販のテープの選択も含めて、データを集めることができた。FDTDシミュレーションに必要な銀ナノ構造体の形態観察および散乱特性の測定については、予定より遅れているが、モデル構造の抽出に重要なハイパースペクトルイメージングで必要なサンプルの前処理およびに観察条件はほぼ把握できたので、今後は順調に進捗することと思われる。FDTD法によるシミュレーションは、関連したナノ構造体での計算を行い、本研究における置換反応で作製したナノ構造体のモデル化が終了次第着手し、迅速に結果が得られる状況にあると考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
作製条件パラメータの全ての組み合わせによるサンプル作製を平成30年度の6月中には終了させる予定である。また平成30年度中に優秀な性能を示したナノ構造体を優先的に用いて、柑橘類表面の残留農薬の測定を夏ごろまでに本格化する予定である。候補としては、粒径100 nmのシリカ粒子に厚さ60 nmのCuを蒸着して作製したサンプルが有望である反面、厚さをこれまで検討してきた最大値である60 nmより増やすことにより、さらによいサンプルが調製できる可能性も追求する予定である。また、粒径100 nm未満のシリカ粒子の選択も念頭においてある。ハイパースペクトルイメージング装置を用いて、ナノ構造体からの散乱スペクトルが得られることが確認できている。これによりシミュレーションに必要な特徴的ナノ構造の抽出が可能となり、多種多様な構造の網羅的シミュレーションが順調に進捗するものと思われる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本来ならば、実験およびシミュレーションによる検証を同時に進める予定であった。しかし、比較的ルーチン的に行うことができた形態観察およびSERS評価の実験に対して、シミュレーションに必要な特徴的ナノ構造の抽出に東洋大学側で手間取ったため、理研側におけるシミュレーションに遅延が発生している。平成30年度の夏には、遅れを取り戻す予定である。
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