金属ナノ粒子複合体の光機能デザインと超高感度センサ応用

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23655072
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 分析化学
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 床波 志保 大阪府立大学, 21世紀科学研究機構, 講師 (60535491)
• 研究分担者: 飯田 琢也 大阪府立大学, 21 世紀科学研究機構, 講師 (10405350)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• キーワード: バイオセンサ / 光検出 / ラベルフリー / 金属ナノ粒子

研究概要

本研究では、金属ナノ粒子やナノ構造の配列・形状と光機能を化学的にデザインし、高感度の光駆動型バイオセンサ、局所的温度センサ等を開発することを目的とした。基礎的成果として、金属ナノ粒子(Au, Ag)を樹脂ビーズ上に高密度固定すると大幅に線形・非線形の光応答が増強することを示した。また、同様の系で熱凝固反応の光制御ができることを解明し、ナノ・マイクロ空間での光検出型温度センサ開発のための重要な知見も得た。さらに、異種の金属ナノ構造をDNAを介して結合させると光散乱が減少・増強する波長域があることを実験的・理論的に解明し、白色光照射でもamol以下の微量DNAの検出ができる可能性を示した。

研究成果

• [雑誌論文] DNA-mediated Anomalous Optical Coupling of Heterogeneous Metallic Nanostructures (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Tokonami, K. Nishida, S. Hidaka, Y. Yamamoto, H. Nakao, T. Iida
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 118 ページ: 7235-7241
  • DOI: 10.1021/jp501613b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced collective optical response of vast numbers of silver nanoparticles assembled on a microbead (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Tokonami, K. Nishida, Y. Nishimura S. Hidaka, Y. Yamamoto, H. Nakao, T. Iida
  • 雑誌名: Res. Chem. Intermed 巻: 40 ページ: 2337-2346
  • DOI: 10.1007/s11164-014-1610-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theory for optical assembling of anisotropic nanoparticles by tailored light fields under thermal fluctuations (2014)
  • 著者名/発表者名: M.Tamura, S.Ito, S.Tokonmai, T.Iida
  • 雑誌名: Res. Chem. Intermed 巻: 40 ページ: 2303-2313
  • DOI: 10.1007/s11164-014-1607-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective Optical Assembly of Highly Uniform Nanoparticles by Doughnut-Shaped Beams (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Ito, H. Yamauchi, S. Hidaka, M.Tamura, H. Hattori, T. Hamada, K. Nishida, S. Tokonami, T. Itoh, H. Miyasaka, T. Iida
  • 雑誌名: Sci. Rep. (NPG) 巻: 3 ページ: 3047, 1-7
  • DOI: 10.1038/srep03047
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multipole Superradiance from Densely Assembled Metallic Nanoparticles (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Tokonami, S. Hidaka, K. Nishida, Y. Yamamoto, H. Nakao, T. Iida
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 117 (29) ページ: 15247-15252
  • DOI: 10.1021/jp4028244
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced collective optical response of vast numbers of silver nanoparticles assembled on a microbead (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Tokonami, Y. Yamamoto, H. Shiigi, T. Nagaoka
  • 雑誌名: Anal. Chim. Acta 巻: 716 ページ: 76-91
  • DOI: 10.1016/j.aca.2011.12.025
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical and Thermal Properties of Conducting Microbead Prepared by Green Electroless Plating Method Using Gold Nanoparticles (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Tokonami, S. Shirai, I. Ota, N. Shibutani, Y. Yamamoto, H. Shiigi, T. Nagaoka
  • 雑誌名: J. Electrochem. Soc 巻: 158 ページ: D1-D5
  • DOI: 10.1149/2.022112jes
  • 査読あり
• [学会発表] 光誘起力ナノ・メトロポリス法による銀ナノ粒子の選択的光集合効果の理論解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田村守, 伊都将司, 床波志保, 飯田琢也
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 2014-03-30
• [学会発表] 揺らぎの下でのナノ光アセンブリングの理論 (2014)
  • 著者名/発表者名: 飯田琢也, 田村守, 日高慎平, 服部祐徳, 濱田大地, 西田敬亮, 床波志保, 伊藤民武, 山内宏昭, 宮坂博, 伊都将司
  • 学会等名: 第61年応用物理学会春季大会
  • 発表場所: 青山学院大学
  • 年月日: 2014-03-17
• [学会発表] プラズモニック発熱効果による微量生体物質検出法の開拓 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西村勇姿, 西田敬亮, 日高慎平, 山本陽二郎, 伊都将司, 床波志保, 飯田琢也
  • 学会等名: 第61年応用物理学会春季大会
  • 発表場所: 青山学院大学
  • 年月日: 2014-03-17
• [学会発表] Optical Property of Vast Numbers of Metallic Nanoparticles on a Microbead (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Nishida, S. Hidaka, T. Iida, Y. Yamamoto, H. Nakao, S. Tokonami
  • 学会等名: The First OPU-TKU International Symposium
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 2013-11-19
• [学会発表] 粒子間距離を制御した金属ナノ粒子集積構造体の光散乱特性評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 西田敬亮, 床波志保
  • 学会等名: 生体分子機能解析のための走査型プローブ顕微鏡手法研究部会 若手の会 2013 せんだい研究会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2013-10-13
• [学会発表] 光誘起力と光発熱効果による金属ナノ粒子固定化ビーズの巨視的集積化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 西村勇姿, 西田敬亮, 日高慎平, 山本陽二郎, 伊都将司, 床波志保, 飯田琢也
  • 学会等名: 2013年日本物理学会秋次大会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 2013-09-27
• [学会発表] 機能性ナノ・マイクロ空間を利用したDNA および細菌検出法の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 床波志保
  • 学会等名: 日本分析化学会第62年会
  • 発表場所: 近畿大学
  • 年月日: 2013-09-10
  • 招待講演
• [学会発表] 金属ナノ粒子集積構造体の光学特性評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 西田敬亮, 山本 陽二郎, 中尾秀信, 日高慎平, 飯田琢也, 床波志保
  • 学会等名: 日本分析化学会第62年会
  • 発表場所: 近畿大学
  • 年月日: 2013-09-10
• [学会発表] Immobilization of Vast Numbers of Metallic Nanoparticles on a Microbead and Its Optical Property (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Nishida, S. Hidaka, T. Iida, Y. Yamamoto, H. Nakao, S. Tokonami
  • 学会等名: JASIS Conference 2013
  • 発表場所: 幕張メッセ
  • 年月日: 2013-09-05
• [学会発表] Photothermal assembling of metallic -nanoparticle-fixed bead for detecting biological analytes (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishimura, K. Nishida, S. Hidaka, Y. Yamamoto, S. Ito, S. Tokonami, T. Iida
  • 学会等名: ASIANALYSIS XII
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2013-08-22
• [学会発表] 金属ナノ粒子集積構造によるフォトサーマル・バイオセンサの創成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 飯田琢也, 西村勇姿, 西田敬亮, 日高慎平, 山本陽二郎, 伊都将司, 床波志保
  • 学会等名: 第3回光科学異分野横断萌芽研究会
  • 発表場所: 強羅静雲荘
  • 年月日: 2013-08-08
• [学会発表] Optical Property of Densely Fixed Metallic Nanoparticles on a Microbead (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Nishida, S. Hidaka, T. Iida, Y. Yamamoto, H. Nakao, S. Tokonami
  • 学会等名: JSAMA2013
  • 発表場所: Shanghai
  • 年月日: 2013-08-02
• [学会発表] 一瞬の喜びを求めて (2013)
  • 著者名/発表者名: 床波志保
  • 学会等名: 日本分析化学会近畿支部第7回夏季セミナー
  • 発表場所: 花王株式会社 有田研修所
  • 年月日: 2013-08-02
  • 招待講演
• [学会発表] 光と揺らぎによるプラズモニック材料の動的制御とセンサ応用への展開 (2013)
  • 著者名/発表者名: 飯田琢也, 床波志保
  • 学会等名: ナノフォトニクスシンポジウム「ナノフォトニクスにおける複雑性・多様性と機能」
  • 発表場所: 慶応義塾大学
  • 年月日: 2013-07-17
  • 招待講演
• [学会発表] 粒子間ギャップを制御したナノ構造体の作製と光学特性評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 西田敬亮, 山本陽二郎, 中尾秀信, 日高慎平, 飯田琢也, 床波志保
  • 学会等名: 第73回分析化学討論会
  • 発表場所: 北海道大学函館キャンパス
  • 年月日: 2013-05-19
• [学会発表] 光による金属ナノ粒子固定化ビーズの巨視的集積化と分析応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 西村勇姿, 西田敬亮, 日高慎平, 山本陽二郎, 伊都将司, 床波志保, 飯田琢也
  • 学会等名: 第73回分析化学討論会
  • 発表場所: 北海道大学函館キャンパス
  • 年月日: 2013-05-18
• [学会発表] 金ナノ粒子の自己組織化を利用した集積法の開発と分析化学的応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 床波志保
  • 学会等名: 関西エネルギー・リサイクル科学研究振興財団 助成研究発表会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2013-04-04
• [学会発表] クラスターDDA 法による異種金属ナノ集積構造の光応答解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 飯田琢也, 日高慎平, 西田敬亮, 山本陽二郎, 床波志保
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] 生体分子を模倣した新奇ナノ光選別技術とプラズモニック分析科学への展開 (2012)
  • 著者名/発表者名: 飯田琢也, 田村守, 日高慎平, 西田敬亮, 床波志保
  • 学会等名: レーザー学会関西支部第3回研究会「先端光計測技術」
  • 発表場所: 島津製作所京都三条工場
  • 年月日: 2012-11-30
  • 招待講演
• [学会発表] 揺らぎを利用した新奇ナノ光選別技術とプラズモニック・センサーの原理開拓 (2012)
  • 著者名/発表者名: 飯田琢也, 田村守, 日高慎平, 西田敬亮, 床波志保
  • 学会等名: 先導物質科学研究所セミナー
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2012-11-14
  • 招待講演
• [学会発表] 金属ナノ粒子集積構造体の光散乱特性に基づくバイオ分析技術の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西田敬亮, 床波志保
  • 学会等名: 生体分子機能解析のための走査型プローブ顕微鏡手法研究部会若手の会 in 名古屋
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2012-10-14
• [学会発表] 揺らぎの下でのプラズモニックナノ複合材料の光応答理論と新奇分析技術への展開 (2012)
  • 著者名/発表者名: 飯田琢也, 田村守, 日高慎平, 西田敬亮, 床波志保
  • 学会等名: 第3回異分野融合先端研究コア(RCIS)研究セミナー
  • 発表場所: 岡山大学異分野融合先端研究コア
  • 年月日: 2012-10-05
  • 招待講演
• [学会発表] 金属ナノ粒子集積構造体の光学特性に基づくバイオ分析技術の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西田敬亮, 飯田琢也, 山本陽二郎, 中尾秀信, 床波志保
  • 学会等名: 日本分析化学会第61年会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2012-09-19
• [学会発表] Theoretical Analysis of Enhanced Optical Response from High Density Metallic Nanoparticles Assembled on a Microsphere (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Hidaka, Y. Yamamoto, S. Tokonami, T. Iida
  • 学会等名: The JSAMA2012
  • 発表場所: 大阪府立大学
  • 年月日: 2012-09-10
• [学会発表] Analysis of Enhanced Light Scattering from High Density Assembly of Gold Nanoparticles Fixed on Spherical Surface (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Iida, S. Hidaka, Y. Yamamoto, S. Tokonami
  • 学会等名: GOLD2012
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-09-06
• [学会発表] 揺らぎの下での金属ナノ粒子集合系の光応答理論と分析化学応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 飯田琢也, 田村守, 日高慎平, 西田敬祐, 床波志保
  • 学会等名: 第2回光科学異分野横断萌芽研究会
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター
  • 年月日: 2012-08-07
  • 招待講演
• [学会発表] 金属ナノ粒子集積化技術とバイオ分析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 床波志保, 中土井祐, 西田敬亮, 椎木 弘, 長岡 勉, 日高慎平, 飯田琢也
  • 学会等名: 第2回光科学異分野横断萌芽研究会
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター
  • 年月日: 2012-08-07
  • 招待講演
• [学会発表] Theory for Light-induced Cooperative Effect of Localized Surface Plasmon in High Density Shell-type Aggregate of Metallic Nanoparticles (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Hidaka, Y. Yamamoto, S. Tokonami, T. Iida
  • 学会等名: EXCON 2012
  • 発表場所: Groningen, Netherland
  • 年月日: 2012-07-03
• [学会発表] 金属ナノ粒子集積構造体の作製とバイオ分析への応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西田敬亮, 床波志保, 飯田琢也, 山本陽二郎, 推木弘, 長岡勉
  • 学会等名: 第72回分析化学討論会
  • 発表場所: 鹿児島大学
  • 年月日: 2012-05-20
• [学会発表] クラスターDDA法による金属ナノ粒子固定化ビーズとナノロッド結合系の光応答解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 日高慎平, 西田敬亮, 山本陽二郎, 床波志保, 飯田琢也
  • 学会等名: 第72回分析化学討論会
  • 発表場所: 鹿児島大学
  • 年月日: 2012-05-20
• [学会発表] 金属ナノ粒子固定化ビーズの3次元モデルによる光応答解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 日高慎平, 濱田大地, 山本陽二郎, 床波志保, 飯田琢也
  • 学会等名: 日本分析化学会第60年会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2011-09-14
• [図書] 金ナノ粒子固定化技術とセンサ応用」バイオセンサの先端科学技術と新製品への応用開発 第4章 : 各固定化技術での製品高機能化と開発上の問題点の解決策 (2014)
  • 著者名/発表者名: 床波志保, 日高慎平, 西田敬亮, 山本陽二郎, 中尾秀信, 飯田琢也
  • 総ページ数: 7
  • 出版者: 技術情報協会
• [図書] 「金属ナノ・マイクロ粒子の最新技術と応用」-応用編-第4 章1 金ナノ粒子間ナノギャップを利用したDNA 検出 (2013)
  • 著者名/発表者名: 床波志保, 椎木弘, 長岡勉
  • 総ページ数: 7(218-224)
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 「金属ナノ・マイクロ粒子の最新技術と応用」-基礎編-第4 章1 光誘起力ナノ動力学法と金属ナノ粒子集積系の光応答理論 (2013)
  • 著者名/発表者名: 飯田琢也, 田村守, 日高慎平, 床波志保
  • 総ページ数: 10(102-111)
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 高密度金属ナノ粒子集積系の光機能デザイン-異分野融合による21 世紀の持続可能社会の構築へ- (2013)
  • 著者名/発表者名: 飯田琢也, 床波志保
  • 総ページ数: 3(58-60)
  • 出版者: 未来材料
• [備考] Yahoo!ニュース,「金属ナノ粒子の水溶液から均一な粒子だけを操作することに成功」, 2013年10月30日(水).(メディア発表, プレスリリース)
• [備考] 大阪府立大学, 大阪大学共同プレスリリース, 「ドーナツビームと揺らぎの効果でナノ粒子の高均一化と配列に成功-医薬品の分離抽出, 光エネルギー変換の革新に期待-」, 2013年10月25日.(メディア発表, プレスリリース)
• [備考] VerticalNews, "Researchers Submit Patent Application, "Device and Method Utilizing a Metallic Nanoparticle Assembly Structure for Detecting a Target Substance", for Approval", 2013年10月14日(月).(メディア発表, プレスリリース)
• [備考] VerticalNews, "New Nanoparticles Findings from National Institute for Materials Science Discussed", 2013年9月30日(月).(メディア発表, プレスリリース)
• [備考] 日経産業新聞『先端人「一瞬の喜び」糧に研究』2012年4月5日(メディア発表, プレスリリース)
• [備考]
  • URL: http://www.nanosq.21c.osakafu-u.ac.jp/ttsl/s_tokonami.html
• [産業財産権] 被検出物質の検出装置および方法 (2013)
  • 発明者名: 飯田琢也, 床波志保
  • 権利者名: 大阪府立大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2013-114312
  • 出願年月日: 2013-05-30
• [産業財産権] 光熱変換素子およびその製造方法, 光熱発電装置ならびに被検出物質の検出方法 (2013)
  • 発明者名: 飯田琢也, 床波志保, 小菅厚子, 山本陽二郎
  • 権利者名: 大阪府立大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2013-096817
  • 出願年月日: 2013-05-02
• [産業財産権] 光熱変換素子およびその製造方法ならびに光熱発電装置 (2012)
  • 発明者名: 飯田琢也, 山本陽二郎, 床波志保, 小菅厚子
  • 権利者名: 大阪府立大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2012-109651
  • 出願年月日: 2012-05-11
• [産業財産権] 金属ナノ粒子集積構造体を利用した圧力検出装置, 温度検出装置, 圧力検出方法, および温度検出方法 (2011)
  • 発明者名: 飯田琢也, 床波志保, 山本陽二郎, 椎木弘, 長岡勉
  • 権利者名: 大阪府立大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2011-268900
  • 出願年月日: 2011-12-08
• [産業財産権] 金属ナノ粒子集積構造体を利用した被検出物質の検出装置および方法 (2011)
  • 発明者名: 床波志保, 飯田琢也, 山本陽二郎, 椎木弘, 長岡勉
  • 権利者名: 大阪府立大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: PCT/JP2011/078438
  • 出願年月日: 2011-12-08
  • 外国