蛍光画像法に利用する『発光色が可変可能な』ナノ粒子ライブラリーの構築

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23655138
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 機能物質化学
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 白幡 直人 独立行政法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 独立研究者 (80421428)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• キーワード: 生体ラベリング / 蛍光標識 / リン光標識 / ドラッグデリバリー / シリコン / ゲルマニウム / 蒼鉛 / ナノ粒子

研究概要

生体分子間相互作用をリアルタイム観察するための『生体分子を接合した環境ナノ粒子ライブラリー』を世界に先駆けて創り出すことに成功した。ナノ粒子は蛍光およびリン光を放射するナノ粒子で、発光波長は300－2000nmの非常に広い波長域で発光色を連続的に制御することに成功した。これらナノ粒子の表面を有機単分子などの表面制御技術を通じて変性することで、油溶性および水溶性ナノ粒子を創りだし、生体内外での蛍光イメージングにも成功した。全てのナノ粒子は細胞毒性も低いという優れた特徴を有していた。また蛍光特性に加えドラッグデリバリー機能をもつマルチタスク型のナノ粒子合成にも成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Reductant-Free Colloidal Synthesis of NIR Emitting Germanium Nanocrystals : Role of Primary Amine (2014)
  • 著者名/発表者名: B Ghosh, M Ogawara, Y Sakka, N Shirahata
  • 雑誌名: Journal of Nanoscience and Nanotechnology 巻: 14 ページ: 2204-2210
  • DOI: 10.1166/jnn.2014.8546
  • 査読あり
• [雑誌論文] Colloidal Silicon Quantum Dots : Synthesis and Tuning the Emission in the Ranging from near-UV through Visible to near-IR (2014)
  • 著者名/発表者名: B. Ghosh, N. Shirahata
  • 雑誌名: Science and Technology of Advanced Materials 巻: 15 ページ: 014207(1-14)
  • DOI: 10.1088/1468-6996/15/1/014207
  • 査読あり
• [雑誌論文] Monolayer Formation of Luminescent Germanium Nanoparticles on Silica Surface in Aqueous Buffer Solution (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata
  • 雑誌名: Journal of Nanoscience and Nanotechnology 巻: 14 ページ: 2640-2643
  • DOI: 10.1166/jnn.2014.8640
  • 査読あり
• [雑誌論文] NMR, ESR and Luminescence Characterization of Bismuth Embedded Zeolites Y (2013)
  • 著者名/発表者名: H. T. Sun, Y. Sakka, N. Shirahata, Y. Matsushita, K. Deguchi, T. Shimizu
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 巻: 117 ページ: 6399-6408
  • DOI: 10.1021/jp401861c
  • 査読あり
• [雑誌論文] Size-Dependent Color-Tuning of Efficiently Luminescent Germanium Nanoparticles (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata, D. Hirakawa, Y. Masuda, Y. Sakka
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 29 ページ: 7401-7410
  • DOI: 10.1021/la303482s
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficiently Green-Luminescent Germanium Nanocrystals (2013)
  • 著者名/発表者名: B. Ghosh, Y. Sakka, N. Shirahata
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry A 巻: 1 ページ: 3747-3751
  • DOI: 10.1039/c3ta01246h
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient Dual-Modal NIR-to-NIR Emission of Rare-earth Ions Co-doped Nanocrystals for Biological Fluorescence Imaging (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Zhou, N. Shirahata, H. Sun, B. Ghosh, M. Ogawara, Y. Teng, S. Zhou, S. C. R. Gui, M. Fujii, J. Qiu
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 4 ページ: 402-408
  • DOI: 10.1021/jz302122a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emission Color Tuning of Ge Nanoparticles in the Ranging from UV through Visible to near-IR (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata
  • 雑誌名: MRS Symposium Proceedings 巻: 1551 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1557/opl.2013.1020
  • 査読あり
• [雑誌論文] 環境低負荷型LED 素子を指向したゲルマニウム蛍光体の調製 (2013)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人
  • 雑誌名: レーザ加工学会誌 巻: Vol.20, No.3 ページ: 189-191
  • URL: http://yutori.neet-system.com/naid/40019916538
  • 査読あり
• [雑誌論文] Near-Infrared Photoluminescence from Molecular Crystals Containing Tellurium (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Sun, Y. Sakka, N. Shirahata, M. Fujii, T. Yonezawa
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry 巻: 22 ページ: 24792-24797
  • DOI: 10.1039/C2JM34988D
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultra-broad Near-infrared Photoluminescence from Crystalline (K-crypt)_2Bi_2 Containing [Bi_2]^<2-> Dimers (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Sun, T. Yonezawa, M. M. Gillett-Kunnath, Y. Sakka, N. Shirahata, S. C. R. Gui, M. Fujii, S. C. Sevov
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry 巻: 22 ページ: 20175-20178
  • DOI: 10.1039/c2jm34101h
  • 査読あり
• [雑誌論文] White-light Emitting Liquefiable Si Nanocrystals (2012)
  • 著者名/発表者名: B. Ghosh, M. Ogawara, Y. Sakka, N. Shirahata
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 41 ページ: 1157-1159
  • DOI: 10.1246/cl.2012.1157
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoluminescence from Bi_5(GaCl_4)_3 Molecular Crystal (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Sun, B. Xu, T. Yonezawa, Y. Sakka, N. Shirahata, M. Fujii, Ji. Qiu, H. Gao
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 41 ページ: 11055-11061
  • DOI: 10.1039/C2DT31167D
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental and Theoretical Studies of Photoluminescence from Bi_8^<2+> and Bi_5^<3+> stabilized by [AlCl_4]^- in Molecular Crystals (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Sun, Y. Sakka, N. Shirahata, H. Gao, T. Yonezawa
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry 巻: 22 ページ: 12837-12841
  • DOI: 10.1039/C2JM30251A
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synchrotron X-ray, Photoluminescence and Quantum Chemistry Studies of Bismuth Embedded Dehydrated Zeolite Y (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Sun, Y. Matsushita, Y. Sakka, N. Shirahata, M. Tanaka, Y. Katsuya, H. Gao, K. Kobayashi
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 134 ページ: 2918-2921
  • DOI: 10.1021/ja211426b
  • 査読あり
• [雑誌論文] A New Family of Light Emitting Si Nanoparticles (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata
  • 雑誌名: MRS Symposium Proceedings 巻: 1437 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1557/opl.2012.1058
  • 査読あり
• [雑誌論文] ゲルマニウムナノ粒子の発光色制御技術 (2012)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人
  • 雑誌名: 第77回 レーザ加工学会講演論文集 ページ: 139-142
  • URL: http://www.jlps.gr.jp/publication/backnumber/documents/77proceeding.pdf
  • 査読あり
• [雑誌論文] 蛍光発光するIV 属ナノ粒子を発光色ごとに分離する (2012)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人
  • 雑誌名: 月刊 マテリアルインテグレーション 巻: Vol.25, No.11 ページ: 1-5
  • URL: http://www.tic-mi.com/publ/book.cgi?pg_1211
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-Phased Luminescent Mesoporous Nanoparticles for Simultaneous Cell Imaging and Anticancer Drug Delivery (2011)
  • 著者名/発表者名: W. Di, X. Ren, L. Zhang, N. Shirahata, Y. Sakka, W. Qin
  • 雑誌名: Biomaterials 巻: 32 ページ: 7226-7233
  • DOI: 10.1016/j.biomaterials.2011.06.019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hybrid dandelion-like YH(O_3PC_6H_5)_2:Ln (Ln = Eu^<3+>, Tb^<3+>) particles : formation mechanism, thermal and photoluminescence properties (2011)
  • 著者名/発表者名: W. Di, X. Ren, N. Shirahata, C. Liu, L. Zhang, Y. Sakka, N. Pinna
  • 雑誌名: Cryst Eng Comm 巻: 13 ページ: 5226-5233
  • DOI: 10.1039/c1ce05473b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrabroad Near Infrared Photoluminescence from Bi_5(AlCl_4)^3 Crystal (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Sun, Y. Sakka, H. Gao, Y. Miwa, M. Fujii, N. Shirahata, Z. Bai, J. Li
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry 巻: 21 ページ: 4060-4063
  • DOI: 10.1039/c1jm10164a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Colloidal Si nanocrystals : A controlled organic-inorganic interface and its implications of color-tuning and chemical design toward sophisticated architectures (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 13 ページ: 7284-7294
  • DOI: 10.1039/c0cp02647f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoluminescence, cytotoxicity and in vitro imaging of hexagonal terbium phosphate nanoparticles doped with europium (2011)
  • 著者名/発表者名: W. Di, Y. Sakka, N. Shirahata, J. Li, N. Pinna
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 3 ページ: 1263-1269
  • DOI: 10.1039/c0nr00673d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Highly Fluorescent Silica-Coated Bismuth Doped Aluminosilicate Nanoparticles for Near Infrared Bioimaging (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Sun, J. Yang, M. Fujii, Y. Sakka, Y. Zhu, T. Asahara, N. Shirahata, M. Ii, Z. Bai, J. Li, H. Gao
  • 雑誌名: Small 巻: 7 ページ: 199-203
  • DOI: 10.1002/smll.201001011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrabroad Near Infrared Photoluminescence from Ionic Liquids Containing Subvalent Bismuth (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Sun, Y. Sakka, M. Fujii, N. Shirahata, H.g Gao
  • 雑誌名: Optics Letters 巻: 36 ページ: 100-102
  • DOI: 10.1364/OL.36.000100
  • 査読あり
• [学会発表] Si ナノ粒子 : 制御されたナノ構造から創発される光 (2014)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人
  • 学会等名: 日本化学会第94春季年会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 20140327-30
  • 招待講演
• [学会発表] Si ナノ粒子 : 発光を操作する表面 (2014)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人
  • 学会等名: 第39回マテリアルセミナー
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2014-02-03
  • 招待講演
• [学会発表] 発光ナノ粒子の合成と電界駆動型白色光源への応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人
  • 学会等名: 第32回マテリアルセミナー
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2014-01-21
  • 招待講演
• [学会発表] 次世代環境技術に調和するナノシリコン蛍光体 (2013)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人
  • 学会等名: 第17回VBL シンポジウム「持続可能な社会に向けた機能材料の開発」
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 20131125-26
  • 招待講演
• [学会発表] Colloidal Synthesis of Germanium Nanocrystals : Tuning the Color of Luminescence in Wide Range of UV-VIS-NIR (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata
  • 学会等名: 33rd International Conference on Solution Chemistry
  • 発表場所: Kyoto Terrsa, Kyoyo
  • 年月日: 20130707-12
• [学会発表] Light Emitting Germanium Nanoparticles (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata
  • 学会等名: 7th International Conference on Materials for Advanced Technologies (ICMAT2013)
  • 発表場所: Suntec Singapore, Singapore
  • 年月日: 20130630-0705
  • 招待講演
• [学会発表] Emission Color Tuning of Ge Nanoparticles in the Ranging from UV through Visible to near-IR (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata
  • 学会等名: 2013 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: Moscone West Convention Center in San Francisco, CA
  • 年月日: 20130401-05
• [学会発表] 「近紫外-可視-近赤外」で波長可変できるGe ナノ粒子 (2013)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人, B. Ghosh
  • 学会等名: 第93回日本化学会春季年会
  • 発表場所: 立命館大学
  • 年月日: 20130322-25
• [学会発表] 近紫外-可視-近赤外で発光波長をチューニングできるGe ナノ粒子の湿式調製 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小河原誠, 白幡直人, 目義雄
  • 学会等名: 第51回セラミックス基礎科学討論会
  • 発表場所: 仙台国際センター
  • 年月日: 20130109-10
• [学会発表] 次世代環境技術を牽引するシリコンナノ粒子が示すポテンシャル (2013)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人
  • 学会等名: マテリアルサイエンス研究科セミナー
  • 発表場所: 北陸先端科学技術大学院大学
  • 年月日: 2013-06-26
  • 招待講演
• [学会発表] Color-Tunable Light Emitting Germanium Nanocrystals (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata
  • 学会等名: The Collaborative Conference on Crystal Growth (3CG)
  • 発表場所: Hilton Orlando, SeaWorld, Orlando, Florida, USA
  • 年月日: 20121211-14
  • 招待講演
• [学会発表] 液相レーザー照射場において調製されたナノ粒子の表面化学と光物性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人
  • 学会等名: 東京工業大学応用セラミックス研究所共同利用研究ワークショップ-局所高密度励起の化学と応用
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 20121206-07
  • 招待講演
• [学会発表] Efficiently Light Emitting Silicon Nanocrystals (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata
  • 学会等名: Collaborative Conference on Materials Research
  • 発表場所: Seoul Palace Hotel, Seoul, South Korea
  • 年月日: 20120625-29
  • 招待講演
• [学会発表] ゲルマニウムナノ粒子の発光色制御技術 (2012)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人
  • 学会等名: 第77回レーザ加工学会講演会
  • 発表場所: 大阪大学 大阪
  • 年月日: 20120524-25
  • 招待講演
• [学会発表] Colloidal Synthesis of Efficiently Luminescent Group IV Semiconductor Nanoparticles (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata
  • 学会等名: International Association of Colloid and Interface Scientists 2012
  • 発表場所: Sendai International Center, Sendai
  • 年月日: 20120513-18
• [学会発表] Efficient Light Emission from Group IV Nanoparticles (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata
  • 学会等名: Australian/MANA workshop on "Nanoarchitectonics for Innovative Materials & Systems"
  • 発表場所: National Institute for Materials Science, Tsukuba, Japan
  • 年月日: 20120510-11
  • 招待講演
• [学会発表] Bandgap engineering : A new family of color-tunable light emitting Si nanocrystals with high quantum yields (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata
  • 学会等名: MANA International Symposium 2012
  • 発表場所: Tsukuba International Congress Center EPOCHAL TSUKUBA, Japan
  • 年月日: 20120429-0502
• [学会発表] A New Family of Light Emitting Si Nanoparticles (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata and Tohru Tsuruoka
  • 学会等名: 2012 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: Moscone West Convention Center in San Francisco, CA
  • 年月日: 20120409-13
• [学会発表] 有機溶媒中でのレーザーアブレ-ションによるゲルマニウムナノ粒子の調製・高効率発光 (2012)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人, 平川大悟, 目義雄
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2012年年会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 20120319-21
• [学会発表] Bandgap Engineering in Group IV Nanoparticles : Tuning the Color of Efficient Luminescence (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata
  • 学会等名: 12th International Symposium on Biomimetic Materials Processing (BMMP-12)
  • 発表場所: Noyori Conference Hall, Nagoya University, Nagoya, Japan
  • 年月日: 20120124-27
  • 招待講演
• [学会発表] Functional Surface Chemistry for Efficient Light Emission from Silicon (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata
  • 学会等名: BIT's 1st Annual World Congress of Nano-S&T
  • 発表場所: World EXPO Center, Dalian, China
  • 年月日: 20111023-26
  • 招待講演
• [学会発表] 紫外-可視で発光波長を可変可能なGe ナノ粒子の調製 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平川大悟, 白幡直人, 目義雄
  • 学会等名: 第63回コロイド及び界面化学討論会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 20110907-09
• [学会発表] 環境低負荷型ナノ粒子からの高輝度発光 (2011)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人, 平川大悟, 目義雄
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第24回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 20110907-09
• [学会発表] Size Tunable Fluorescence Emission and Efficient Radiative Recombination in Group IV Nanoparticles (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata
  • 学会等名: The Nineteenth Annual International Conference on COMPOSITES/NANO ENGINEERING (ICCE-19)
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 20110724-30
  • 招待講演
• [学会発表] レーザー化学合成法による高輝度Ge ナノ粒子の調製 (2011)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人, 平川大悟, 目 義雄
  • 学会等名: 第60回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 大阪国際会議場 大阪
  • 年月日: 20110525-27
  • 招待講演
• [図書] 油脂・脂質・界面活性剤データブック (2012)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人, 他
  • 総ページ数: 613-615
  • 出版者: 丸善出版
• [図書] Nanofabrication (2011)
  • 著者名/発表者名: Naoto Shirahata, et al
  • 総ページ数: 217-242
  • 出版者: INTECH
• [図書] Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology 2nd Edition (2011)
  • 著者名/発表者名: Naoto Shirahata, et al
  • 総ページ数: 369-378
  • 出版者: American Scientific Publishers
• [備考]
  • URL: http://samurai.nims.go.jp/SHIRAHATA_Naoto-j.html
• [産業財産権] 有機分子膜被覆ナノ粒子の製造方法 (2014)
  • 発明者名: 白幡直人/目義雄
  • 権利者名: 独立行政法人物質・材料研究機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特許登録第5540307号
  • 取得年月日: 2014-05-16
• [産業財産権] 緑色発光ゲルマニウムナノ粒子及びその製造方法 (2013)
  • 発明者名: 白幡直人
  • 権利者名: 白幡直人
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-018245
  • 出願年月日: 2013-02-01
• [産業財産権] ゲルマニウムナノ粒子蛍光体及びその製造方法 (2011)
  • 発明者名: 白幡直人/平川大悟/目義雄
  • 権利者名: 物質・材料研究機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2011-239933
  • 出願年月日: 2011-11-01