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2018 年度 実施状況報告書

Development of biophotonics and photochemical applications of silicon quantum dots in collaboration with a consortium established for the formation of "Silicon Nanomaterials Center" founded by US NSF

研究課題

研究課題/領域番号 18KK0141
研究機関神戸大学

研究代表者

藤井 稔  神戸大学, 工学研究科, 教授 (00273798)

研究分担者 加納 伸也  神戸大学, 工学研究科, 助教 (20734198)
杉本 泰  神戸大学, 工学研究科, 助教 (40793998)
研究期間 (年度) 2018-10-09 – 2024-03-31
キーワードシリコン量子ドット / シリコンナノ結晶
研究実績の概要

本研究プロジェクトは,研究代表者のグループが開発したホウ素,シリコン,リンからなるアモルファスシェルを有する全無機シリコン量子ドット(シリコンナノ結晶)のバイオフォトニクス分野及び光化学分野への応用展開を実証することを目的とする。この量子ドットは静電反発により広いpH範囲で高い水分散性を示す。また,発光特性が環境や表面の化学反応に対して鈍感であり,様々な環境下で生体分子の透過率の高い近赤外領域にサイズにより制御可能な発光を示す(直径1nm→9.5nm,発光波長670nm→1460nm)。本年度は,主に以下の研究を行った。また,以下の研究について打ち合わせ及び議論を行うために,研究分担者がUC San Diegoを訪問した。
1.UC San Diegoのグループと共同で, Time-gated imaging法によるバイオイメージングの蛍光体としての有用性の検討を行った。その結果,我々のシリコン量子ドットは水溶媒中でマイクロ秒以上の発光寿命の近赤外発光を安定して示すことから,Time-gated imagingの蛍光体として非常に優れていることが明らかになった。
2.UC San Diegoのグループと共同で,シリコン量子ドットと銀ナノ粒子からなる複合ナノ粒子(銀ナノ粒子の表面をシリコン量子ドットが覆った構造の粒子)のバクテリアに対する殺菌作用について研究を行った。その結果,この複合ナノ粒子は,従来の銀ナノ粒子と比べて長期間にわたって安定して殺菌作用を示すことが明らかになった。
3.シリコン量子ドット水溶液に酸化防止剤である亜硫酸ナトリウムを加えると,光照射により発光強度が増加するphotobrightening現象を見出した。この発見は,シリコン量子ドットのバイオ応用において,発光特性劣化抑制のための新しい手法の開発につながる可能性がある。この成果は、すでに論文に発表している。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

研究に関しては,研究代表者のグループで開発した全無機シリコン量子ドットのバイオ応用に関して,上記の2つのテーマをスタートすることができ,また採択後短い期間であったにもかかわらず今後の発展が期待できる成果を得た。また,研究分担者の若手研究者がUC San Diego及びStanford大学を訪問し,研究交流においても当初の予定通り順調に推移している。

今後の研究の推進方策

当初計画通り,UC San DiegoのM. Sailor教授のグループが中心となって推進しているシリコンナノ材料のバイオ応用に関するコンソーシアムのメンバー(主にUSAのグループ,カナダ,イタリア,韓国のグループが准メンバーとして加わっている)と交流を深め,研究代表者のグループで開発した全無機シリコン量子ドット,シリコンナノ結晶のバイオフォトニクス分野及び光化学分野への応用実証を行っていく。平成31年度は,M. Sailor教授が神戸大学の研究代表者のグループを訪問する予定である。同時に,北米及びヨーロッパのコンソーシアム以外のメンバーとの交流及び共同研究を積極的に推進する。具体的には,Stanford大学のM. Brongersma教授のグループ,カレル大学(チェコ)のM. Kalbacova教授のグループと共同研究を実施することを計画している。

次年度使用額が生じた理由

本格的な研究をスタートするためのfeasibility studyの段階であるテーマに関して,研究の推進に必要な消耗品や材料を手持ちのもので賄った。平成31年度は,本格的な研究をスタートするため,昨年度分も合わせて使用する。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] UC San Diego(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      UC San Diego
  • [国際共同研究] Stanford University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Stanford University
  • [国際共同研究] Charles University(チェコ)

    • 国名
      チェコ
    • 外国機関名
      Charles University
  • [国際共同研究] Cydney University(オーストラリア)

    • 国名
      オーストラリア
    • 外国機関名
      Cydney University
  • [雑誌論文] Charge Transfer-Induced Photobrightening of Silicon Quantum Dots in Water Containing a Molecular Reductant2018

    • 著者名/発表者名
      Inoue Kosuke、Kojima Takuya、Sugimoto Hiroshi、Fujii Minoru
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 123 ページ: 1512~1518

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.8b11359

    • 査読あり
  • [学会発表] 不純物をドープした単分散シリコン量子ドットの発光特性(II)2019

    • 著者名/発表者名
      杉本 泰、藤井 陸、藤井 稔
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] シリコン量子ドット-タンパク質間相互作用によるプロテインコロナ形成2019

    • 著者名/発表者名
      井上 飛鳥、杉本 洋蔵、杉本 泰、藤井 稔
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Boron and Phosphorus Co-Doped Colloidal Silicon Quantum Dots2018

    • 著者名/発表者名
      Minoru Fujii
    • 学会等名
      2018 MRS Fall Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Silver Core/Silicon Nanocrystal Shell Hybrid Nanoparticle as Antimicrobial Agent2018

    • 著者名/発表者名
      Asuka inoue, Hiroshi Sugimoto, Byungji Kim, Michael J. Sailor, Minoru Fujii
    • 学会等名
      2018 MRS Fall Meeting
    • 国際学会

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公開日: 2019-12-27  

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