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2020 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  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (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の実証を目的とする。この量子ドットは静電反発により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,様々な環境下で発光を示す。当初計画していた量子ドットに関する研究に加えて,直径100~300nm程度のシリコンナノ粒子も研究の対象とする。このサイズ領域のシリコンナノ粒子は可視領域に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.従来から行っていたSize-selective precipitation法に加えて、電気泳動法によるサイズ選別技術の開発を行った。その結果、より高分解能でサイズ分離を行うことが可能になった。
2.シリコン量子ドットとウシ血清アルブミン(BSA)の複合体の形成に関する研究を行った。その結果、形成される複合体の形状は、シリコン量子ドットのサイズに強く依存することが明らかになった。
3.シリコン量子ドットの生体応用において、必ずしも孤立した粒子が必要でない場合も多い。そこで、シリコン量子ドットの球状凝集体(Supraparticle)の開発を行い、直径100nm程度のSupraparticleをサイズを制御して形成することに成功した。
4.金属ナノ構造の表面プラズモン共鳴に伴う増強電場を利用すると蛍光体の蛍光を増強できることが知られている。金ナノロッド表面に距離を制御してシリコン量子ドットを付加する技術の開発を行った。

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,当初の予定よりもより広い分野に研究が展開しており多くの論文を発表した。また,サブミクロンサイズシリコンナノ粒子に関しても、新しい分野の開拓につながる可能性のある成果を得た。研究交流に関しては、コロナ禍の影響により相互訪問はできなかったが、複数の新たな国際共同研究を開始した。

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。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。

次年度使用額が生じた理由

残額はわずかで、消耗品購入のタイミングの問題で発生したものであり、R3年度に使用する。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 2件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Charles University(チェコ)

    • 国名
      チェコ
    • 外国機関名
      Charles University
  • [雑誌論文] Color Toning of Mie Resonant Silicon Nanoparticle Color Inks2021

    • 著者名/発表者名
      Okazaki Takuma、Sugimoto Hiroshi、Hinamoto Tatsuki、Fujii Minoru
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 13 ページ: 13613~13619

    • DOI

      10.1021/acsami.1c01692

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optimizing plasmon enhanced luminescence in silicon nanocrystals by gold nanorods2021

    • 著者名/発表者名
      Pavelka Ondrej、Dyakov Sergey、Vesely Jozef、Fucikova Anna、Sugimoto Hiroshi、Fujii Minoru、Valenta Jan
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 13 ページ: 5045~5057

    • DOI

      10.1039/D1NR00058F

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Angle‐, Polarization‐, and Wavelength‐Resolved Light Scattering of Single Mie Resonators Using Fourier‐Plane Spectroscopy2021

    • 著者名/発表者名
      Hinamoto Tatsuki、Hamada Mikihiko、Sugimoto Hiroshi、Fujii Minoru
    • 雑誌名

      Advanced Optical Materials

      巻: - ページ: 2002192~2002192

    • DOI

      10.1002/adom.202002192

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Colloidal Mie Resonators for All‐Dielectric Metaoptics2021

    • 著者名/発表者名
      Sugimoto Hiroshi、Fujii Minoru
    • 雑誌名

      Advanced Photonics Research

      巻: 2 ページ: 2000111~2000111

    • DOI

      10.1002/adpr.202000111

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stable near-infrared photoluminescence from silicon quantum dot?bovine serum albumin composites2020

    • 著者名/発表者名
      Inoue Asuka、Sugimoto Hiroshi、Sugimoto Yozo、Akamatsu Kensuke、Hubalek Kalbacova Marie、Ogino Chiaki、Fujii Minoru
    • 雑誌名

      MRS Communications

      巻: 10 ページ: 680~686

    • DOI

      10.1557/mrc.2020.83

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Colloidal Solutions of Silicon Nanospheres toward All-Dielectric Optical Metafluids2020

    • 著者名/発表者名
      Hinamoto Tatsuki、Hotta Shinnosuke、Sugimoto Hiroshi、Fujii Minoru
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 20 ページ: 7737~7743

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.0c03295

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Silicon Nanowire on Mirror Nanoantennas: Engineering Hybrid Gap Mode for Light Sources and Sensing Platforms2020

    • 著者名/発表者名
      Sugimoto Hiroshi、Imaizumi Ryosuke、Hinamoto Tatsuki、Kawashima Takahiro、Fujii Minoru
    • 雑誌名

      ACS Applied Nano Materials

      巻: 3 ページ: 7223~7230

    • DOI

      10.1021/acsanm.0c01559

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Silicon Quantum Dot Supraparticles for Fluorescence Bioimaging2020

    • 著者名/発表者名
      Fujii Minoru、Fujii Riku、Takada Miho、Sugimoto Hiroshi
    • 雑誌名

      ACS Applied Nano Materials

      巻: 3 ページ: 6099~6107

    • DOI

      10.1021/acsanm.0c01295

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mie Resonator Color Inks of Monodispersed and Perfectly Spherical Crystalline Silicon Nanoparticles2020

    • 著者名/発表者名
      Sugimoto Hiroshi、Okazaki Takuma、Fujii Minoru
    • 雑誌名

      Advanced Optical Materials

      巻: 8 ページ: 2000033~2000033

    • DOI

      10.1002/adom.202000033

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Precise size separation of water-soluble red-to-near-infrared-luminescent silicon quantum dots by gel electrophoresis2020

    • 著者名/発表者名
      Fujii Minoru、Minami Akiko、Sugimoto Hiroshi
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 12 ページ: 9266~9271

    • DOI

      10.1039/D0NR02764B

    • 査読あり
  • [学会発表] シリコン量子ドット光触媒による水素生成(Ⅳ)~シリコン量子ドット-白金ナノ粒子複合光電極~2021

    • 著者名/発表者名
      井上 新司、高田 三穂、杉本 泰、藤井 稔
    • 学会等名
      応用物理学会
  • [学会発表] Colloidal solutions of silicon nanoparticles -from material development to applications2021

    • 著者名/発表者名
      Minoru Fujii and Hiroshi Sugimoto
    • 学会等名
      ISPlasma 2021/ISPLANTS 2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] シリコン量子ドット光触媒による水素生成 (III)2020

    • 著者名/発表者名
      高田 三穂、杉本 泰、藤井 稔
    • 学会等名
      応用物理学会
  • [学会発表] シリコン量子ドット光触媒による水素生成2020

    • 著者名/発表者名
      高田 三穂、杉本 泰、藤井 稔
    • 学会等名
      光化学討論会
  • [備考] Mesoscopic Materials Research Laboratory

    • URL

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

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公開日: 2021-12-27  

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