【研究分野】ナノ材料工学

【研究領域課題番号】16K04903 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ナノ粒子 / パターニング / 電子線 / 金ナノ粒子 / 固定 / 配列 / プラズモン

【研究成果の概要】

電子線を用いてナノ粒子を基板に固定する際の電子照射条件を検討した。Au粒子および基板中に入射した電子の動きを、モンテカルロ法によりシミュレートし、実験結果と比較することで、粒子が固定される範囲は基板中で散乱した電子が到達する範囲で決まることが分かった。よって、微細な構造を作製するためには、加速電圧を下げることが有効であることが示された。
また、エレクトロクロミック現象を起こす機能を持った無機ナノ粒子でも同様の手法で固定できることが分かった。これにより、微細かつ複雑なパターンを作製することに成功した。このとき、エレクトロクロミック機能を壊さないためには、照射電荷量が重要であることが分かった。

【研究の社会的意義】

現在の半導体集積回路において内部の基板に回路等のパターンを作製するにはリソグラフィー法が使われている。この方法では、基板上に薄膜を作製した後、レジストの塗布、マスクを用いてパターンの露光、現像、エッチング、さらにレジストの除去という多数の工程が必要である。本研究では、ナノ粒子を基板上に並べた後、所望の形状に電子線を照射、洗浄するたけで、目的のパターンを作製することができる。これにより、パターン作製に要する工程を減らすことができる可能性があり、簡便にプラズモン共鳴やエレクトロクロミズム現象を利用するパターンを作製することができる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)

【研究分野】無機化学

【研究領域課題番号】26288023 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ナノ材料 / 金ナノ粒子 / N-ヘテロサイクリックカルベン / バイオイメージング / 安定性 / 二座配位子 / Nano Material / Gold Nanoparticles / N-Heterocyclic Carbene / bidentate ligand / Stability / Bio-imaging / Photoacoustic Properties / nano materials / gold nanoparticles / N-heterocyclic carbene / bio-imaging / gold nanoparticle / gold nanocluster / nanoparticle / nanocluster / gold / bioimaging / bioconjugation

【研究成果の概要】

本研究ではバイオイメージングとして応用を志向した安定金ナノ粒子の創製を行なった。カルボキシル基を有するN-ヘテロサイクリックカルベンで修飾された金ナノ粒子の合成に成功した。得られたナノ粒子は生体擬似環境下で安定であり、光音響効果を示した。また長鎖アルキル基を導入した二座NHC配位子で修飾された金ナノ粒子が熱やチオールに対しても高い安定性を示すことを見出した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)

【研究分野】医用システム

【研究領域課題番号】25282152 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

低侵襲ガン治療 / 吸収線量 / 放射線増感剤 / オージェ電子 / X線吸収端 / 単色X線 / 荷電粒子励起X線放出 / 静電加速器 / 深部ガン治療 / 抗ガン剤 / ナノ粒子増感剤 / ポリマーゲル線量計 / 陽子線 / 特性X線 / 二次電子 / 液体シンチレーター / 電子増倍型CCDカメラ / イメージングプレート / 癌 / 放射線 / X線 / 量子ビーム / 加速器 / 浸潤性ガン治療 / ナノ粒子 / モンテカルロシミュレーション / 陽子線励起準単色X線 / 注射針 / 金ナノ粒子 / K吸収端 / 陽子線励起特性X線 / 金属微粒子 / 半導体X線検出器 / 液体シンチレータ

【研究成果の概要】

一般にガンの放射線治療においては，ガン細胞だけでなく正常細胞も照射を受けるため，副作用として放射線障害が発生する．しかしガン細胞に重元素を含む非放射性薬剤を取り込ませた後，適当なエネルギーの単色X線を照射すると，重元素から多量の二次電子が発生して，がん細胞のみを内部照射できる．この方法の実現可能性を調べるため，重元素を模擬した金属薄膜に陽子線励起単色X線を照射し，薄膜周辺の線量分布を測定したところ，薄膜の周りで線量が大きく増加していることが分かった．よってガン細胞が取り込んだ重元素の周りでも二次電子による同様な線量の増大が期待でき，この方法が新しい低侵襲ガン治療技術に発展する可能性が示された．

【研究の社会的意義】

工学的には原子核反応に比べてはるかに容易に実現できる原子過程を利用してホウ素中性子捕捉療法（BNCT）と同様な効果を実現する点に意義がある．また通常の医療用連続X線に代え，陽子線励起単色X線によりガン細胞が取り込んだ目的の原子のみを電離し，正常組織への影響を抑える点がポイントである．原理的に重粒子線治療やBNCT等と比較して低コストであり，開発が進めば広く普及する可能性がある．高浸潤性ガンの治療という極めて要請の強い技術分野であり，社会的意義は大きい．また加速器技術に関係しており，医療機器産業のみならず電気電子，重電，原子力等の分野の需要を刺激し，新たな産業分野を生む可能性も期待できる．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2019-03-31

【配分額】18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)

【研究分野】ナノ材料工学

【研究領域課題番号】25390032 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ナノ粒子 / 配列 / プラズモン / 電子線 / プラズモニック導波路 / 表面プラズモン共鳴 / 金ナノ粒子 / パターニング

【研究成果の概要】

表面プラズモン共鳴を利用して光回路や導波路を作製できることが理論的に予測されている。それを実現する手段として、金などのナノ粒子を意図的に配列する方法がある。しかし、ナノ粒子を意図的な場所に並べることは容易ではない。そこで、基板上に粒子を意図的に配置する手法の開発を目的として本研究を行った。本手法は、基板上に金ナノ粒子を2次元的に配置し、必要な粒子を基板に固定し、不要な粒子を除去するという3段階で構成されている。この各段階について条件の検討を行い、ナノ粒子配列方法を開発した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)

【研究分野】物理化学

【研究領域課題番号】22350005 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ナノ結晶 / 反応性 / 構造 / 電子状態 / 触媒反応 / 酸化セリウム / パラジウム / 固定化イオン液体触媒 / TAP / 密度汎関数法計算 / 電子構造 / 白金クラスター / 金ナノ粒子 / EXAFS / TEM / 物質設計 / ナノ粒子 / 酸化コバルト / 固体触媒反応 / 炭酸マンガン / 形状制御 / 計算化学 / 階層性 / ナノベルト / ベンズイミダゾール誘導体

【研究成果の概要】

従来報告されていなかったナノベルト状のCo(OH)3を合成し、構造を報告することができた。また、Co3O4のナノ結晶の形状を界面活性剤の使い分けにより制御することができた。コバルト酸化物や水酸化物がオルトフェニレンジアミンとベンズアルデヒドからベンゾイミダゾール生成の良好な触媒となることを見出した。また、銅、白金、金触媒や水素化脱硫触媒のXAFS測定やXPS測定を行うことで、反応性と構造・電子状態との相関の情報を得た。また、Pd含有固定化イオン液体触媒がカルボニレーション反応やカルボニル化を伴うSuzukiカップリング反応に有効であることを見出した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010-04-01 - 2014-03-31

【配分額】19,500千円 (直接経費: 15,000千円、間接経費: 4,500千円)

【研究分野】反応・分離工学

【研究領域課題番号】13750711 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

金 / ナノ粒子 / レーザー / 光還元 / その場観察 / 核発生 / 粒径制御 / 粒子微細化 / 金ナノ粒子 / HAuCl_4 / 紫外・可視吸収スペクトル

【研究成果の概要】

咋年度作成した装置を用い、Au^<3+>イオンの308nmパルスレーザー光照射による還元過程を紫外可視光吸収スペクトルの変化としてその場観察した。光還元の過程を、(1)240および300nm付近に現れるAu^<3+>イオンに由来する吸収ピークの減少、(2)400〜900nmに幅広く現れる粒径数nmの微細な粒子による光散乱、(3)520〜600付近に現れる粒径約5nm以上の粒子による表面プラズモン吸収の増加、および(4)粒径の変化による表面プラズモン吸収ピーク波長の変化、として観察した。
原料濃度の指標として240nmの吸収を、生成した金微粒子濃度の指標として450nmの吸収を用い、それぞれの時間変化を追跡した。原料濃度の減少速度は、還元初期では原料濃度に関する1次の過程で説明できた。また、レーザー強度、パルス周波数に関しても1次であると結論できた。しかし、還元が進むにつれて、中間生成物(1)(Au^+イオンであると推測される)からの逆反応が無視できなくなった。逆反応については、レーザー照射を止めた後のAu^<3+>濃度の再上昇過程を解析した結果、中間生成物(1)濃度に対して2次の過程であると結論された。また、この過程にはレーザー光は関与していないと考えられる。微粒子は、中間生成物(1)から生じた中間生成物(2)(原子状の金ではないかと推測している)が核発生して生じると考えられる。金微粒子濃度の増加する初期過程は、原料濃度に対して0次であった。すなわち、原料濃度が低いほど微粒子への転化は迅速になった。
レーザー光還元によって生じた粒子は熱還元によって生じた粒子よりも小さい平均粒径(8nm程度)を持つことがわかった。また、レーザー強度が強いほど平均粒径は小さく、分布も狭くなった。これは、粒子の成長と同時に、レーザー光による粒子の微細化が起こっているためであると考えられる。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2001 - 2002

【配分額】2,100千円 (直接経費: 2,100千円)