• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2019 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 / シリコンナノ粒子
研究実績の概要

本プロジェクトは,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。量子ドットに関する研究に加えて,サブミクロンサイズシリコンナノ粒子も研究の対象とする。直径100nm程度のシリコンナノ粒子は可視領域にシャープなMie共鳴を持つことから,光ナノアンテナ材料として期待されている。本年度は,これらの材料に関して主に以下の研究を行った。
1.シリコン量子ドットを蛍光体とした蛍光検出型バイオセンサの開発を目的に,IgG抗体にシリコン量子ドットを結合する技術の開発を行った。その結果,シリコン量子ドットの近赤外発光特性を損なうことなく,またIgG抗体の結合活性を損なうことなく複合体を形成する事に成功した。
2.シリコン量子ドットの水素生成光触媒としての機能を詳細に研究した。その結果,本材料が従来のシリコン系ナノ材料に比べて安定した光触媒性能を示すことが明らかになった。また,光触媒効率のサイズ依存性を初めて明らかにし,量子サイズ効果によるエネルギー準位構造の変化が光触媒特性に大きな影響を及ぼすことを示した。
3.Stanford大学のグループと共同で,シリコンナノ粒子による2次元半導体WS2の発光特性制御に関する研究を実施した。WS2表面にシリコンナノ粒子を配置するという非常にシンプルな構造において,発光の取り出し効率が大きく向上することを実験と理論計算の両面から実証した。尚,共同研究実施のために,博士課程学生がStanford大学に短期間滞在した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

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及び光化学分野への応用展開に関して,当初の予定よりも早いペースで研究が進展している。また,サブミクロンサイズシリコンナノ粒子に関しても、論文執筆につながる重要なデータを得ている。研究交流に関しては、UC San DiegoのM. Sailor教授が研究代表者の研究室を訪問し、共同研究について議論を行うと共に公開のセミナーを行った。また、博士課程学生がStanford 大学において共同研究を行う等、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。また,それと並行して、サブミクロンサイズシリコンナノ粒子の光アンテナ応用に関する研究を強力に推進する。そのために、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教授のグループとの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

残額はごくわずかで、消耗品購入のタイミングの問題で発生したものであり、R2年度に使用する。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 5件、 査読あり 8件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 5件、 招待講演 3件) 備考 (1件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] Illinois State University/Stanford University/UC San Diego(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Illinois State University/Stanford University/UC San Diego
  • [国際共同研究] The University of Sydney(オーストラリア)

    • 国名
      オーストラリア
    • 外国機関名
      The University of Sydney
  • [国際共同研究] Wigner Research Centre for Physics(ハンガリー)

    • 国名
      ハンガリー
    • 外国機関名
      Wigner Research Centre for Physics
  • [雑誌論文] Visible-light driven photocatalytic hydrogen generation by water-soluble all-inorganic core-shell silicon quantum dots2020

    • 著者名/発表者名
      Sugimoto Hiroshi、Zhou Hao、Takada Miho、Fushimi Junichiro、Fujii Minoru
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry A

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1039/D0TA01071E

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 3D microstructure analysis of silicon-boron phosphide mixed nanocrystals2020

    • 著者名/発表者名
      Nomoto Keita、Sugimoto Hiroshi、Ceguerra Anna V.、Fujii Minoru、Ringer Simon P.
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 12 ページ: 7256~7262

    • DOI

      10.1039/d0nr01023e

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Selective excitation and enhancement of multipolar resonances in dielectric nanospheres using cylindrical vector beams2020

    • 著者名/発表者名
      Manna Uttam、Sugimoto Hiroshi、Eggena Daniel、Coe Brighton、Wang Ren、Biswas Mahua、Fujii Minoru
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 127 ページ: 033101~033101

    • DOI

      doi.org/10.1063/1.5132791

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Excitation of Nonradiating Anapoles in Dielectric Nanospheres2020

    • 著者名/発表者名
      Parker John A.、Sugimoto Hiroshi、Coe Brighton、Eggena Daniel、Fujii Minoru、Scherer Norbert F.、Gray Stephen K.、Manna Uttam
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 124 ページ: 097402

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.124.097402

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Antibody-conjugated near-infrared luminescent silicon quantum dots for biosensing2019

    • 著者名/発表者名
      Yanagawa Hiroto、Inoue Asuka、Sugimoto Hiroshi、Shioi Masahiko、Fujii Minoru
    • 雑誌名

      MRS Communications

      巻: 9 ページ: 1079~1086

    • DOI

      10.1557/mrc.2019.98

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Size-Dependent Photocatalytic Activity of Cubic Boron Phosphide Nanocrystals in the Quantum Confinement Regime2019

    • 著者名/発表者名
      Sugimoto Hiroshi、Somogyi Balint、Nakamura Toshiyuki、Zhou Hao、Ichihashi Yuichi、Nishiyama Satoru、Gali Adam、Fujii Minoru
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 123 ページ: 23226~23235

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.9b06487

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Distribution of boron and phosphorus and roles of co-doping in colloidal silicon nanocrystals2019

    • 著者名/発表者名
      Nomoto Keita、Sugimoto Hiroshi、Cui Xiang-Yuan、Ceguerra Anna V.、Fujii Minoru、Ringer Simon P.
    • 雑誌名

      Acta Materialia

      巻: 178 ページ: 186~193

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2019.08.013

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Gold nanopillar array with sharp surface plasmon resonances and the application in immunoassay2019

    • 著者名/発表者名
      Yanagawa Hiroto、Hinamoto Tatsuki、Kanno Takashi、Sugimoto Hiroshi、Shioi Masahiko、Fujii Minoru
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 126 ページ: 223104~223104

    • DOI

      10.1063/1.5119258

    • 査読あり
  • [学会発表] Luminescence property of boron and phosphorus co-doped silicon quantum dots2019

    • 著者名/発表者名
      Minoru Fujii, and Hiroshi Sugimoto
    • 学会等名
      The 7th International Conference on Light-Emitting Devices and Their Industrial Applications (LEDIA2019) in Optics & Photonics International Congress 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Size Dependent Donor and Acceptor Pair Recombination in Colloidal Silicon Quantum Dots2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Sugimoto, Minoru Fujii
    • 学会等名
      2019 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • 国際学会
  • [学会発表] All-Inorganic Colloidal Silicon Quantum Dots Codoped with Boron and Phosphorus2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Sugimoto
    • 学会等名
      European Materials Research Society 2019 Spring Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Donor and Acceptor Pair Luminescence in Colloidal Silicon Quantum Dots2019

    • 著者名/発表者名
      Minoru Fujii, and Hiroshi Sugimoto
    • 学会等名
      SemiconNano2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Controlling Emission of WS2 Monolayer with a Spherical Silicon Mie Resonator2019

    • 著者名/発表者名
      Tatsuki Hinamoto, Yan Joe Lee, Soren Raza, Hiroshi Sugimoto, Minoru Fujii, and Mark L. Brongersma
    • 学会等名
      2019 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • 国際学会
  • [学会発表] シリコン量子ドット光触媒による水素生成(II)2019

    • 著者名/発表者名
      高田 三穂、周 昊、杉本 泰、藤井 稔
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] サイクリックボルタンメトリーによるシリコン量子ドットのエネルギー準位構造評価2019

    • 著者名/発表者名
      井上 晃輔、杉本 泰、藤井 稔
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] シリコン量子ドットの電気泳動2019

    • 著者名/発表者名
      南 晶子、杉本 泰、藤井 稔
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] シリコン量子ドット光触媒による水素生成(I)2019

    • 著者名/発表者名
      周 昊、杉本 泰、藤井 稔
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [備考] Mesoscopic Materials Research

    • URL

      http://www.lab.kobe-u.ac.jp/eng-nano/index.html

  • [学会・シンポジウム開催] “Deployment of environmentally-friendly nanoparticles to bionics, photonics and electronics” Kick-off meeting2019

URL: 

公開日: 2021-01-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi