| 研究課題/領域番号 |
21226003
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
河田 聡 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30144439)
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| 研究分担者 |
庄司 暁 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教 (20437370)
熊本 康昭 独立行政法人理化学研究所, 特別研究員 (30611727)
齊藤 結花 大阪大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (90373307)
田口 敦清 独立行政法人理化学研究所, 基礎科学特別研究員 (70532109)
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| キーワード | ナノ材料 / 走査プローブ顕微鏡 / 超精密計測 / プラズモニクス / 顕微イメージング / ラマン分光 |
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| 研究概要 |
1紫外プラズモニック構造の作製
構造制御したポリスチレン構造体に金属を蒸着した後、テンプレートを除去して、金属ナノ構造体を作製した。作製したナノ構造の紫外可視吸収スペクトルを測定した結果、深紫外波長域に吸収ピークが現れ、作製したナノ構造が紫外光と強くカップリングすることを示した。サイズが小さくなるにつれて、プラズモンの波長が青色にシフトする様子も観察されており、理論的に予測される表面プラズモンの特徴と一致している。今回作製した中で最も小さい構造では、プラズモンピークが可視より低波長に現れ、深紫外光におけるプラズモン効果を実現することに成功した。
2紫外近接場光学顕微鏡の作製
深紫外共鳴ラマン散乱によるナノイメージングを目指して、紫外近接場ラマン顕微鏡の開発に取り組んだ。紫外プラズモニックナノプローブの材料として、プラズマ周波数が高く紫外域でも負の誘電率を示すアルミニウムを用いた。高純度アルミニウムワイヤの先端を集束イオンビーム加工を用いて先鋭化するプローブ作製法を確立し、数10nmの先端径を再現性良く形成する技術を確立した。アデニンを試料に、アルミニウムプローブが266nm励起の紫外共鳴ラマン散乱を増強することを確認した。
3紫外ラマン分光によるバイオイメージング
深紫外(DUV)顕微ラマン分光イメージングシステムを構築し、細胞の深紫外ラマン分光画像を、サブミクロンの空間分解能で取得することにはじめて成功した。ラマン励起波長として、グアニン・アデニンの電子遷移準位に共鳴する波長257nmの深紫外光を選択することで、HeLa細胞中のヌクレオチドの分布が、蛍光染色を用いないラベルフリーな状態で検出された。同一細胞を用いた可視光532nm励起のラマンイメージとの比較から、DUV励起によるラマンイメージは、細胞内ヌクレオチドを選択的に観察していることがわかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
紫外プラズモニクス技術の基盤となる、プラズモニック・ナノ構造、近接場光学顕微鏡用プローブ、また紫外顕微イメージングシステムの作製が達成されており、今後新たな科学的知見を得るための準備は完全に整っており、順調な研究経過と言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
金属微細構造による感光フィルムは、紫外域に感度を持つために、光電子変換デバイスのなどの光増強作用を増幅するのに理想的な働きをすることが期待される。作製したフィルムの増幅効果を測定するために、フィルムに所定材料を薄膜状に塗布して、色素の分解過程を観察することで光増強作用の評価を行う。
深紫外近接場ラマン散乱によるナノイメージングを実現するために、増強度の高いプローブ構造の設計、深紫外光によるサンプルの変性の軽減、実験条件の最適化等を行う。具体的には、プローブ先端のアルミニウムナノ構造の制御、増強度の評価、抗酸化剤等の導入、低温測定等を行う。ワイドギャップ半導体やウイルス、バクテリア等の生物試料を用い、深紫外ナノイメージングの実証と、材料科学、ナノバイオロジーへの応用技術を模索し、当該分野への貢献を計る。
紫外イメージングでは光照射による試料の劣化が問題となっている。本研究では測定系に新たにEMCCDを導入し、測定時間の短縮とイメージング速度の向上に取り組んでいる。また、入射レーザー系を改良してライン照明法を導入することで、一点ずつ照明していた試料の空間情報を一次元方向について同時に取得することができる。この方法を用いることで、さらに測定時間を短縮することができて、生物試料の劣化を回避して空間イメージを取得できる紫外顕微システム構築を目指している。
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