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2022 年度 実施状況報告書

ナノプラズモニクスに向けたハイブリッドナノデバイス作製技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 19K15423
研究機関東京理科大学

研究代表者

大久保 喬平  東京理科大学, 先進工学部マテリアル創成工学科, 助教 (20822951)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2024-03-31
キーワードプラズモニクス / ナノフォトニクス / ナノ・マイクロ微細加工 / 共振器 / 近赤外光
研究実績の概要

ナノプラズモニック・デバイス構築において、ナノ構造作製技術とプロセス設計は高性能・高精度なデバイス形成の鍵となる。金属ナノ粒子の化学合成に代表されるボトムアッププロセスや金属薄膜への微細加工などのトップダウンプロセスとそれらの組み合わせが多数報告されているが、大面積における20 nm以下の金属ナノギャップ作成は実現例に乏しい。本研究では、10 nm以下の間隙を持つ均一な金属ナノ粒子集合体を大面積で形成する作製技術の確立を目指す。特に、局在型プラズモン共鳴の基本ユニットとなる金属ナノ粒子とその間隔を制御した七量体構造は近赤外域の急峻な暗モードを持つ共振器になることから、金属ナノ粒子七量体の設計・作製に取り組んでいる。
40 nm厚 SiN/Si基板上にの長方形(長辺 200 nm, 短辺 150 nm)を正六角形の中心および頂点に配置した7量体テンプレートを前年度作製し、再現性のあるプロトコルを確立した。SiNテンプレート間隙にV字型溝を形成するために、水酸化カリウム溶液を用いたウェットプロセス条件の検討を行った。前年度の検討では確認されたV溝形成は再現性が認められず、プロトコルと基板材料の再検討を必要とする結論に至った。水酸化カリウム溶液の保持温度(40, 50, 60, 80℃)および時間(1, 2, 4, 8, 16 min) を変化させた条件で基板をエッチングを行い、電子顕微鏡による観察を行った。ランダムな逆ピラミッド型の孔形成が認められたが、テンプレートの境界に沿った異方性エッチングを確認することができなかった。パターン形成に用いたシリコン基板の選定に問題があった可能性が考えられる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

電子線描画装置・反応性イオンエッチング装置を用いたナノ鋳型基板の作製は順調に進んでいるが、2020年から2022年まで続いた新型コロナウィルス感染防止対策に伴う研究施設の閉鎖や入場制限、教員・学生の行動制限の影響があったため、進捗は芳しいとは言えない。2023年度からはそのような制限がほぼ撤廃されたため、ナノデバイス作製検討の進度を挙げられると考える。

今後の研究の推進方策

引き続き、ナノデバイス作製プロセスの検討を進める。2023年度から申請者の所属変更に伴い、実験環境の再構築に取り組む必要がある。シリコン基板の選定からやり直す可能性が高くこれまでの検討で確定したプロセスパラメータの有効性の確認を並行して進める。

次年度使用額が生じた理由

ナノデバイス作製プロトコルの検討を継続する必要があり、そのための外部共通研究施設の使用料支払いに充てるため。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2022

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Designing Er3+/Ho3+-Doped Near-Infrared (NIR-II) Fluorescent Ceramic Particles for Avoiding Optical Absorption by Water2022

    • 著者名/発表者名
      M. Umezawa, H. Kurahashi, K. Nigoghossian, K. Okubo, K. Soga,
    • 雑誌名

      Journal of Photopolymer Science and Technology

      巻: 35 ページ: 9-16

    • DOI

      10.2494/photopolymer.35.9

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The effect of Gd-DOTA locations within PLGA-b-PEG micelles encapsulated IR-1061 on bimodal over-1000 nm near-infrared fluorescence and magnetic resonance imaging2022

    • 著者名/発表者名
      7.T.K.D. Doan, M. Umezawa, K. Okubo, M. Kamimura, M. Yamaguchi, H. Fujii, K. Soga
    • 雑誌名

      Biomaterials Science

      巻: 10 ページ: 6244-6257

    • DOI

      10.1039/D2BM01213H

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Three-dimensional Lifetime-Multiplex Tomography Based on Time-Gated Capturing of Near-Infrared Fluorescence Images2022

    • 著者名/発表者名
      M. Umezawa, K. Miyata, K. Okubo, K. Soga
    • 雑誌名

      Applied Sciences

      巻: 12 ページ: 7721

    • DOI

      10.3390/app12157721

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Organic PLGA-PEG micelles conjugated Gd-DOTA for dual over-1000-nm near-infrared fluorescence and magnetic resonance imaging2022

    • 著者名/発表者名
      T.K.D. Doan, M. Umezawa, K. Nigoghossian, G. Yeroslavsky, K. Okubo, M. Kamimura, M. Yamaguchi, H. Fujii, K. Soga
    • 雑誌名

      Biomaterials Science

      巻: 10 ページ: 1217-1230

    • DOI

      10.1039/D1BM01574E

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Heat treatment effects for controlling dye molecular states in hydrophobic core of over-1000 nm near-infrared fluorescent micellar nanoparticles2022

    • 著者名/発表者名
      M. Umezawa, H. Kobayashi, K. Ichihashi, S. Sekiyama, K. Okubo, M. Kamimura, K. Soga
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 7 ページ: 5817-5824

    • DOI

      10.1021/acsomega.1c05771

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Gastric cancer detection by two-step learning in near infrared hyperspectral imaging2022

    • 著者名/発表者名
      A. Yahata, H. Takemura, R. Iwanami, M. Umezawa, K. Okubo, K. Soga, T. Takamatsu, T. Mitsui, T. Kadota, T. Kuwata, H. Ikematsu, H. Yokota
    • 雑誌名

      Journal of Information and Communication Engineering

      巻: 7 ページ: 467-473

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of enantiomeric structure of hydrophobic polymer on encapsulation property of near infrared fluorescent dye for in vivo deep imaging2022

    • 著者名/発表者名
      K. Ichihashi, M. Umezawa, Y. Ueya, K. Okubo, E. Takamoto, T. Matsuda, M. Kamimura, K. Soga
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 12 ページ: 1310-1318

    • DOI

      10.1039/D1RA08330A

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Hyperspectral imaging and detection mapping of in vivo biological tissues applying near-infrared laparoscope2022

    • 著者名/発表者名
      R. Fukushima, T. Takamatsu, A. Mori, K. Sato, K. Okubo, M. Umezawa, N. Takeshita, H. Hasegawa, H. Yokota, K. Soga, H. Takemura
    • 学会等名
      SPIE Photonics West
    • 国際学会
  • [学会発表] Near infrared hyperspectral imaging for biomedical applications including lipid visualization in liver and submucosal tumor detection2022

    • 著者名/発表者名
      K. Okubo, M. Umezawa, K. Soga
    • 学会等名
      Spectral shapIng for biomedical and energy applicaTions (SHIFT 2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] Strategy for designing near infrared fluorescent nanostructure with organic and inorganic hybrid system2022

    • 著者名/発表者名
      K. Okubo, M. Umezawa, K. Soga
    • 学会等名
      5th International Conference on Chromogenic and Emissive Materials 2022 (I3CEM2022)
    • 国際学会

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公開日: 2023-12-25  

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