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2013 年度 実績報告書

ナノ構造体/溶液界面の1分子反応素過程の解析

研究課題

研究課題/領域番号 25286014
研究種目

基盤研究(B)

研究機関埼玉大学

研究代表者

二又 政之  埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (20344161)

研究分担者 石川 満  城西大学, 理学部, 教授 (70356434)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
キーワード表面増強ラマン / 近接場ラマン / 吸着状態 / 一分子検出 / 金属ナノ粒子 / ギャップモード
研究概要

(1) 単一分子感度ラマン分光の確立:銀ナノ粒子(AgNP)表面にPMBA及びPATPの単分子層を形成し、分散した水溶液のpHを制御することで、カルボキシ基をプロトン解離させ、溶液中の種々の金属イオンを捕捉し、同時にカルボキシ基の-COO-伸縮振動バンドの波数の違いから区別して検出できることを見出した。同様にアミノ基へのプロトン付加を利用して、溶液中のアニオンを捕捉し識別できることを初めて見出した。この手法により、溶液中のイオンの効率的な捕捉と同時に、水和等存在状態を解析できることを見出した。金ナノ粒子にDNA及びRNA塩基を吸着させ、高感度で状態分析できることを見出した。このとき、一級アミノ基を有するアデニン、グアニン、シトシンが、他の塩基に比べてより低濃度で吸着することや、ラマンスペクトルの理論解析により、吸着状態を解析した。
(2) SERSデバイス形成:ギャップモードについて、吸着分子と金属ナノ粒子の固定機構について、種々のチオール分子を用いて解析した結果、立体障害のないアルカンチオール、環状チオールなどがvan der Waals力及び静電的相互作用で金属ナノ粒子を固定でき、ギャップモードを利用して10^8倍のラマン増強が得られることを見出した。
(3) 固液界面のナノ反応解析:金属ナノ粒子を蒸着法等で近接場プローブ先端に固定・形成した。種々の金属基板と分子を介して固定した金属ナノ粒子間のギャップモードについて、ギャップモード増強で1粒子直下の10^8-10^9倍のラマン信号増強を実証した。顕微鏡試料ステージ上のスキャナヘッドにプローブを固定し、金・銀のほか白金等の薄膜上のチオール分子を用いて、チップ近接/分離時のラマン増強度変化を測定するなど、研究を着実に進めた。

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

当初予定よりも金属ナノ粒子を用いるギャップモードラマン分光に関して、共鳴条件や増強電場の金属材質、粒子サイズ、基板材質依存性などで、理論解析と実験解析に関して、ほかで行われていない詳細な点について、大きな進展がみられた。
flocculation SERS法に関しても、溶液中金属イオンの種類の識別や、高効率での捕捉に関して、応用面からみて重要な結果が得られた。次年度以降の研究の推進により、重金属除去、放射性金属イオン除去に向けた応用が期待できる状況となった。

今後の研究の推進方策

特に近接場ラマン分光に関して、これまでに進めてきたAFM方式とともに、独自の光ファイバ方式についても、着実に進めることで、固液界面のナノラマンイメージング法の確立と、実用系への適用を効率的に進める計画である。特に重要な金属ナノ粒子のチップや光ファイバ先端への固定法に関して、一般に行われている蒸着法ではなく、予備的に検討している独自の化学的な手法により、効率的な金属ナノ粒子プローブを開発し、世界初の金属ナノ粒子プローブをギャップモードと複合する計画である。これにより一般的な金属基板表面で、一分子感度と数ナノメータの空間分解能を持ったナノラマンイメージングの実現が期待できる。

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (16件) (うち招待講演 2件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Adsorbed state of p-mercaptobenzoic acid on silver nanoparticles2014

    • 著者名/発表者名
      Saori Handa, Yingying Yu and Masayuki Futamata*
    • 雑誌名

      Vibrational Spectroscopy

      巻: 72 ページ: 128-134

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Highly-sensitive Raman spectroscopy using a gap mode plasmon under an attenuated total reflection geometry2014

    • 著者名/発表者名
      Hayato Chiba, Hiroki Suzuki and Masayuki Futamata*
    • 雑誌名

      Vibrational Spectroscopy

      巻: 72 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1016/j.vibspec.2014.03.005

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Efficient immobilization of silver nanoparticles on metal substrates through various thiol molecules to utilize a gap mode in surface enhanced Raman scattering2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Suzuki, Hayato Chiba and Masayuki Futamata*
    • 雑誌名

      Vibrational Spectroscopy

      巻: 72 ページ: 105-110

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Steric hindrance in cationic and neutral rhodamine 6G molecules adsorbed on Au nanoparticles2013

    • 著者名/発表者名
      Toru Yajima, Yingying Yu and Masayuki Futamata*
    • 雑誌名

      Journal of Raman Spectroscopy

      巻: 44 ページ: 406-411

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Flocculation of Ag nanoparticles elucidating adsorbed p-mercaptobenzoic acid by surface enhanced Raman scattering2013

    • 著者名/発表者名
      Yingying Yu, Saori Handa, Toru Yajima and Masayuki Futamata*
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 560 ページ: 49-54

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 金及び銀ナノ粒子のflocculation を利用した超高感度ラマン分光と吸着状態の解析2013

    • 著者名/発表者名
      半田紗織、Yingying Yu, 谷島徹、二又 政之*
    • 雑誌名

      表面科学

      巻: 34 ページ: 449-454

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Critical importance of a gap mode in Surface Enhanced Raman Scattering2013

    • 著者名/発表者名
      M. Futamata*, S. Handa, H. Suzuki, H. Chiba
    • 雑誌名

      Proc. SPIE Meeting

      巻: 8815 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1117/12.2025674

    • 査読あり
  • [学会発表] ナノギャップに存在する分子の超高感度ラマン分光2014

    • 著者名/発表者名
      二又政之*,半田紗織, 鈴木悠宜, 千葉駿人
    • 学会等名
      第4回分子ナノアーキテクトニクス研究会
    • 発表場所
      東大山上会館(東京)
    • 年月日
      20140311-20140312
  • [学会発表] Critical Importance of a nanogap between metal nanoparticles and metal substrates in surface enhanced Raman scattering2014

    • 著者名/発表者名
      M. Futamata*, S. Handa, H. Suzuki, H, Chiba
    • 学会等名
      TNT (Trends in Nanotechnology) in Japan
    • 発表場所
      東京ビッグサイト(東京)
    • 年月日
      20140129-20140131
  • [学会発表] 表面増強ラマン散乱におけるギャップモードの重要性2014

    • 著者名/発表者名
      半田紗織, 鈴木悠宜, 千葉駿人, 二又政之*
    • 学会等名
      第11回プラズモニクスシンポジウム
    • 発表場所
      広島大学(東広島)
    • 年月日
      20140124-20140125
  • [学会発表] 表面増強ラマン散乱におけるギャップモードの重要性2013

    • 著者名/発表者名
      二又政之*, 半田紗織, 鈴木悠宜, 千葉駿人
    • 学会等名
      第33回表面科学学術講演会
    • 発表場所
      つくば国際会議場(つくば)
    • 年月日
      20131126-20131128
  • [学会発表] 高感度ラマン分光における金属ナノ粒子と金属基板間のナノギャップの重要性2013

    • 著者名/発表者名
      二又 政之*, 半田紗織、鈴木悠宜、千葉駿人
    • 学会等名
      第64回コロイド及び界面化学討論会
    • 発表場所
      名工大(名古屋)
    • 年月日
      20130918-20130920
  • [学会発表] 金属ナノ粒子と金属基板間の伝搬性及びギャップモードプラズモンを複合した超高感度ラマン分光2013

    • 著者名/発表者名
      千葉駿人, 二又 政之*
    • 学会等名
      第64回コロイド及び界面化学討論会
    • 発表場所
      名工大(名古屋)
    • 年月日
      20130918-20130920
  • [学会発表] 減衰の大きな遷移金属系への高感度ギャップモードラマン分光の適用2013

    • 著者名/発表者名
      鈴木悠宜, 二又 政之*
    • 学会等名
      第64回コロイド及び界面化学討論会
    • 発表場所
      名工大(名古屋)
    • 年月日
      20130918-20130920
  • [学会発表] Critical importance of a gap mode in Surface Enhanced Raman Scattering2013

    • 著者名/発表者名
      M. Futamata*
    • 学会等名
      Nanoimaging and Nanospectroscopy Symposium in SPIE Meeting
    • 発表場所
      San Diego Convension Center(U.S.A.)
    • 年月日
      20130825-20130830
    • 招待講演
  • [学会発表] Critical importance of a gap mode in Surface Enhanced Raman Scattering2013

    • 著者名/発表者名
      M. Futamata*
    • 学会等名
      The 7th International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy (ICAVS-7)
    • 発表場所
      神戸国際会議場
    • 年月日
      20130825-20130830
    • 招待講演
  • [学会発表] Adsorbed State of p-Mercaptobenzoic Acid on Silver Nanoparticles2013

    • 著者名/発表者名
      S. Handa*, Y. Yu, M. Futamata
    • 学会等名
      The 7th International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy (ICAVS-7)
    • 発表場所
      神戸国際会議場
    • 年月日
      20130825-20130830
  • [学会発表] Gap Mode SERS for Largely Damping Transition Metals2013

    • 著者名/発表者名
      H. Suzuki*, M. Futamata
    • 学会等名
      The 7th International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy (ICAVS-7)
    • 発表場所
      神戸国際会議場
    • 年月日
      20130825-20130830
  • [学会発表] Highly-sensitive Raman Spectroscopy using a Propagating Surface Plasmon and a Gap Mode Plasmon2013

    • 著者名/発表者名
      H. Chiba*, M. Futamata
    • 学会等名
      The 7th International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy (ICAVS-7)
    • 発表場所
      神戸国際会議場
    • 年月日
      20130825-20130830
  • [学会発表] PMBA及びPATP-SAM膜を形成した銀ナノ粒子の溶液中のイオンによる近接状態形成とSERS増強2013

    • 著者名/発表者名
      半田 紗織, 二又 政之*
    • 学会等名
      ナノ学会第11回大会
    • 発表場所
      東工大百年記念館(東京)
    • 年月日
      20130606-20130608
  • [学会発表] Flocculation of silver nanoparticles elucidating adsorbed p-mercaptobenzoic acid by surface enhanced Raman scattering2013

    • 著者名/発表者名
      S. Handa, Y. Yu, M. Futamata*
    • 学会等名
      SPP-6(The 6th International Conference on Surface Plasmon and Photonics)
    • 発表場所
      Ottawa (Canada)
    • 年月日
      20130525-20130530
  • [学会発表] Supersensitive Raman Spectroscopy using Propagating Surface Plasmon and a Gap Mode Plasmon2013

    • 著者名/発表者名
      H. Chiba, M. Futamata*
    • 学会等名
      SPP-6(The 6th International Conference on Surface Plasmon and Photonics)
    • 発表場所
      Ottawa (Canada)
    • 年月日
      20130525-20130530
  • [学会発表] Extension of SERS to largely damping transition metals using a gap mode2013

    • 著者名/発表者名
      H. Suzuki, M. Futamata*
    • 学会等名
      SPP-6(The 6th International Conference on Surface Plasmon and Photonics)
    • 発表場所
      Ottawa (Canada)
    • 年月日
      20130525-20130530
  • [図書] 先端材料開発における振動分光分析法の応用(西岡、錦田、尾崎編)分担執筆2013

    • 著者名/発表者名
      Liqiang Luo, 丸山芳弘、二又政之
    • 総ページ数
      298 (280-298)
    • 出版者
      シーエムシー出版
  • [備考] 埼玉大学二又研究室ホームページ

    • URL

      http://futamatalab.chem.saitama-u.ac.jp/

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公開日: 2015-05-28  

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