単一銀ナノ粒子２量体と単一色素分子で構成された電磁気学的強結合系の実証

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23560049
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用光学・量子光工学
• 研究機関: 独立行政法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 伊藤 民武 独立行政法人産業技術総合研究所, 健康工学研究部門, 主任研究員 (00351742)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• キーワード: 強結合系 / 蛍光消光増強因子 / 表面増強ラマン散乱 / 表面増強蛍光 / 電磁場増強因子

研究概要

分子分光法に超高感度性を与えるための手法として金属ナノ粒子2量体間隙に分子を吸着させプラズモン共鳴で分子光学応答を増強させる手法がある。
本研究では増強の標準理論として電磁気学的強結合に着目し検証した。検証は実験で得られた銀ナノ粒子2量体形状、この2量体のプラズモン共鳴、この2量体からの増強スペクトルを強結合モデルで評価することで行った。この結果、ラマンなどのコヒーレント応答の増強は弱電磁結合モデルで定量的に再現できることを示した。蛍光などのインコヒーレント応答については再現できない場合があることを示し、その原因は増強放射遷移速度が分子内電子緩和速度を超えるためであることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Direct Conversion of Silver Complexes to Nanoscale Hexagonal Columns on Copper Alloy for Plasmonic Applications (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. S Yamamoto, K. Hasegawa, Y. Hasegawa, N. Takahashi, Y. Kitahama, S. Fukuoka, N. Murase, Y. Baba, Y. Ozaki, T. Itoh
  • 雑誌名: Phys. Chem. Phys. Chem. 巻: vol.15 ページ: 14611-14615
  • 査読あり
• [雑誌論文] Excitation laser energy dependence of surface-enhanced fluorescence showing plasmon-induced ultrafast electronic dynamics in dye molecules (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Itoh, Y. S Yamamoto, H. Tamaru, V. Biju, N. Murase, Y. Ozaki
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: Vol.87, No.23540
  • 査読あり
• [雑誌論文] Plasmonic staining of DNA molecules with photo-induced Ag nanoparticles monitored using dark-field microscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. S Yamamoto, K. Hirano, T. Ishido, T. Yasui, N. Murase, Y. Baba, T. Itoh
  • 雑誌名: Phys. Chem. Phys. Chem. 巻: vol.15 ページ: 10316-10320
  • 査読あり
• [雑誌論文] Plasmonic Imaging of Brownian Motion of Single DNA Molecules Spontaneously Binding to Ag Nanoparticles (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Hirano, T. Ishido, Y. S Yamamoto, N. Murase, M. Ichikawa, K. Yoshikawa, Y. Baba, T. Itoh
  • 雑誌名: Nano Lett. 巻: vol.13 ページ: 1877-1882
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature near Gold Nanoparticles under Photoexcitation : Evaluation Using a Fluorescence Correlation Technique (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Yamauchi, S. Ito, K. Yoshida, T. Itoh, Y. Tsuboi, N. Kitamura, H. Miyasaka
  • 雑誌名: J . Phys. Chem. C 巻: vol.117 ページ: 8388-8396
  • 査読あり
• [雑誌論文] Truncated Power Law Analysis of Blinking SERS of Thiacyanine Molecules Adsorbed on Single Silver Nanoaggregates by Excitation at Various Wavelengths (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Kitahama, A. Enogaki, Y. Tanaka, T. Itoh, Y. Ozaki
  • 雑誌名: J . Phys. Chem. C 巻: vol.117 ページ: 9397-9403
  • 査読あり
• [雑誌論文] SERS microscopic imaging as novel tool for assessing viability and enumerating yeast cells at various stages of cell cycle in lag、log、exponential and stationary phases of growth in culture (2013)
  • 著者名/発表者名: M. S. Kiran, T. Itoh, H. Abe, Y. Fujita, K. Tomimoto, V. Biju, S. Kavitha, A. Ganamani, M. Ishikawa
  • 雑誌名: J . Exp. Nanosci. 巻: vol.8 ページ: 1-12
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of thin-film tunable band-pass filters based hyper-spectral imaging system applied for both surface enhanced Raman scattering and plasmon resonance Rayleigh scattering (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Iga, N. Kakuryu, T. Tanaami, J. Sajiki, K. Isozaki, and T. Itoh
  • 雑誌名: Rev. Sci. Instrum. 巻: Vol.83, No.103707
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface-enhanced phosphorescence measurement by an optically trapped colloidal Ag nanoaggregate on anionic thiacarbocyanine H-aggregate (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Kitahama, M. Kashihara, T. Itoh, Y. Ozaki
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: vol.117 ページ: 2460-2466
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inhibition assay of yeast cell walls by plasmon resonance Rayleigh scattering and surface-enhanced Raman scattering imaging (2012)
  • 著者名/発表者名: M. S. Kiran, H. Abe, Y. Fujita, K. Tomimoto, V. Biju, M. Ishikawa, Y. Ozaki, T. Itoh
  • 雑誌名: Langmuir 巻: vol.28 ページ: 8952−8958
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative evaluation of blinking in surface enhanced resonance Raman scattering and fluorescence by electromagnetic mechanism (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Itoh, M. Iga, H. Tamaru, K. Yoshida, V. Biju, M. Ishikawa
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 巻: Vol.136-2, No.024703
  • 査読あり
• [雑誌論文] RET from Quantum Dots to Photodecompose Undesired Acceptors and Report the Condensation and Decondensation of Plasmid DNA (2012)
  • 著者名/発表者名: V. Biju, A. A. Anas, H. Akita, E. S. Shibu, T. Itoh, H. Harashima, M. Ishikawa
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: vol.6 ページ: 3776-3788
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface-Enhanced Raman Scattering from Photoreduced Ag Nanoaggregates on an Optically Trapped Single Bacterium (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Kitahama, T. Itoh, T. Ishido, K. Hirano, M. Ishikawa
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn. 巻: vol.84-9 ページ: 976-978
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface enhanced Raman scattering spectroscopy of Ag nanoparticle aggregates directly photo-reduced on pathogenic bacterium (Helicobacter pylori) (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Kudo, T. Itoh, T. Kashiwagi, M. Ishikawa, H. Takeuchi, H. Ukeda
  • 雑誌名: J. Photochem. Photobio. A. 巻: vol.221-2-3 ページ: 181-186
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental demonstration of the electromagnetic mechanism underlying surface enhanced Raman scattering using single nanoparticle spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: T . Itoh, K. Yoshida, H. Tamaru,V. Biju, M. Ishikawa
  • 雑誌名: J. Photochem. Photobio. A. 巻: vol.219-2-3(invited future airticle) ページ: 167-179
  • 査読あり
• [雑誌論文] Power-law analysis of surface-plasmon-enhanced electromagnetic field dependence of blinking SERS of thiacyanine or thiacarbocyanine adsorbed on single silver nanoaggregates (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Kitahama, Y. Tanaka, T. Itoh, Y. Ozaki
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: vol.13-16 ページ: 7439-7448
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of excitation laser intensity dependence of blinking SERRS of thiacarbocyanine adsorbed on single silver nanoaggregates by using a power law with an exponential function (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Kitahama, Y. Tanaka, T. Itoh, Y. Ozaki
  • 雑誌名: Chem. Comm. 巻: vol.47-13 ページ: 3888-3890
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fundamental studies on enhancement and blinking mechanism of surface-enhanced Raman scattering (SERS) and basic applications of SERS biological sensing
  • 著者名/発表者名: Y. S Yamamoto, M. Ishikawa, Y. Ozaki, T. Itoh
  • 雑誌名: Front. Phys.
  • DOI: 10.1007/s11467-013-0347-3
  • 査読あり
• [学会発表] 細胞表面に吸着した銀ナノ粒子の可視化と表面増強ラマン散乱分光への応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 伊藤民武、山本裕子
  • 学会等名: 平成25年度生細胞分光部会シンポジウム
  • 発表場所: 愛媛大学城北キャンパス
  • 年月日: 2014-03-07
• [学会発表] プラズモン共鳴場と電磁気学的に強く結合した分子をプローブとする光学応答増強の検証 (2014)
  • 著者名/発表者名: 伊藤民武、山本裕子
  • 学会等名: 日本分光学会北海道支部シンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学理学部
  • 年月日: 2014-01-24
• [学会発表] 表面増強光学応答の電磁増強モデル実証と疾病関連分子や細胞表面タンパク質分子の超高感度検出への応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤民武、山本裕子
  • 学会等名: 名工大―産総研FS合同セミナー
  • 発表場所: 産業技術総合研究所中部センター
  • 年月日: 2013-12-17
• [学会発表] Clarification of surface enhanced Raman scattering and its application to ultrasensitive detection of biomolecules (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤民武
  • 学会等名: 日本生物物理学会第51回年会
  • 発表場所: 国立京都国際会館
  • 年月日: 2013-10-30
• [学会発表] Plasmon-induced ultrafast electronic dynamics in dye molecules (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤民武、山本裕子、田丸博晴、Biju Vasudevan Pillai、村瀬至生、尾崎幸洋
  • 学会等名: International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy (ICAVS)
  • 発表場所: Kobe Convention Center
  • 年月日: 2013-08-29
• [学会発表] 単一ナノ粒子分光という実験方法論と表面増強機構解明への応用"Single nanoparticle spectroscopy"as a methodology of experiment and its application to clarification of surface enhancement mechanism (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤民武
  • 学会等名: 関西学院大学理工学部研究会
  • 発表場所: 淡路島淡路夢舞台
  • 年月日: 2013-07-26
• [学会発表] 表面増強分光の原理実証と生体分子系への応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊藤民武
  • 学会等名: 日本分光学会分光イノベーションシンポジウム
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2012-11-30
• [学会発表] Luminescent quantum dots and plasmonic metal particles, versatile tools for bioimaging (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊藤民武、Biju Vasudevan Pillai、石川満,筆頭
  • 学会等名: the 7th Asia and Oceania Conference on Photochemistry 2012 (APC2012)
  • 発表場所: Icho Kaikan, Osaka University
  • 年月日: 2012-11-13
• [学会発表] Evaluation of plasmonic enhancement and fluctuation in surface-enhanced Raman scattering and surface-enhanced fluorescence using single silver nanoparticle dimers (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊藤民武、伊賀光博、山本裕子、田丸博晴、吉田健一、Biju Vasudevan Pillai、石川満、尾崎幸洋
  • 学会等名: the 23rd ICORS meeting
  • 発表場所: Bangalore
  • 年月日: 2012-08-14
• [学会発表] プラズモニックナノオプティクスにおける表面増強分光の今後の展開 (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊藤民武
  • 学会等名: 日本光学会・ナノオプティクス研究討論会
  • 発表場所: 慶応大学日吉キャンパス
  • 年月日: 2012-05-23
• [学会発表] Experimental evaluation of electromagnetic enhancement and blinking in surface-enhanced Raman scattering (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊藤民武、尾崎幸洋
  • 学会等名: The 2nd International Conference on Frontiers of Plasmonics
  • 発表場所: Sichuan University
  • 年月日: 2012-04-09
• [学会発表] Surface enhanced Raman scattering spectra affected by the refractive index of media around single Ag nanoparticle dimers (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊藤民武、吉田健一、Biju Vasudevan Pillai、石川満、尾崎幸洋
  • 学会等名: TSRP-2012
  • 発表場所: ムンバイ
  • 年月日: 2012-01-07
• [学会発表] Analysis of blinking in surface enhanced resonance Raman scattering and fluorescence by molecular fluctu ations and plasmon resonance changes (2011)
  • 著者名/発表者名: 伊藤民武、伊賀光博、吉田健一、田丸博晴、Biju Vasudevan Pillai、石川満
  • 学会等名: The Third Asian Spectroscopy Conference
  • 発表場所: Xiamen, China
  • 年月日: 2011-11-30
• [学会発表] Demonstration of Two Fold Electromagnetic Enhancement in Surface-enhanced Raman Scattering (2011)
  • 著者名/発表者名: 伊藤民武、尾崎幸洋
  • 学会等名: The 8th Korea-Japan Symposium on Frontier Photoscience
  • 発表場所: Konkuk University Seoul, Korea
  • 年月日: 2011-11-29
• [学会発表] 表面増強ラマン散乱光と表面増強蛍光の揺らぎの考察 (2011)
  • 著者名/発表者名: 伊藤民武
  • 学会等名: 日本分光学会北海道支部シンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2011-10-06
• [学会発表] Electromagnetic enhancement factors on surface-enhanced resonance Raman scattering quantitatively analyzed by single nanoparticle (2011)
  • 著者名/発表者名: 伊藤民武
  • 学会等名: Workshop on characterizations for OPV materials and devices : part II
  • 発表場所: 宮崎市河畔コンベンションエリア
  • 年月日: 2011-09-05
• [図書] Frontiers of surface-enhanced Raman scattering,Experimental demonstration of electromagnetic mechanism of SERS and quantitative analysis of SERS fluctuation based on the mechanism (2014)
  • 著者名/発表者名: 伊藤民武
  • 出版者: Wiley
• [図書] 高分子テクノロジーハンドブック,SERS、TERSの原理とTERSのポリマー測定への応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山本裕子、伊藤民武、鈴木利明、尾崎幸洋
  • 出版者: NTS
• [図書] Functional Nanoparticles for Bioanalysis, Nanomedicine and Bioelectronic Devices,Biological applicatio ns of SERS using functional nanoparticles (2012)
  • 著者名/発表者名: 北濱康孝、伊藤民武、プロンポンピエンピニジャム、サンオンエガシット、シャオシャハン、尾崎幸洋
  • 出版者: American chemical society
• [図書] パリティー,表面増強ラマン散乱による生細胞観察 (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊賀光博、伊藤民武
  • 出版者: 丸善出版株式会社
• [図書] 現代化学,表面増強ラマン散乱による1分子計測―細胞表面の分子を測る― (2011)
  • 著者名/発表者名: 伊藤民武
  • 出版者: (株)東京化学同人
• [備考]
  • URL: http://goo.gl/hVQd6a