【研究領域課題番号】18K14255 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細菌 / 分子認識 / ボロン酸 / デンドリマー / 超分子 / ナノ材料 / 高感度 / 簡易判別 / 迅速判別 / 凝集 / 蛍光 / 糖 / Molecular Recognition / Bacteria / Boronic Acid / Saccharide / Dendrimer / Phenylboronic Acid / ナノ粒子

【研究成果の概要】

ボロン酸修飾デンドリマーを用いた細菌の検出法を開発した。本手法は、ボロン酸修飾デンドリマーを細菌を含む溶液に添加してボルテックス撹拌するだけの非常に簡易な方法で、細菌凝集を引き起こすことによって検出することができる。その検出感度は、濁度法では約100万 CFU/mL、蛍光法では約1万 CFU/mLである。検出時間は5分～数十分程度であり、従来法に比べて大幅に短い時間での、迅速な細菌検出を達成した。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2018-04-01 - 2022-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】ナノ材料化学

【研究領域課題番号】17K18098 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

蛍光体 / ナノ粒子 / ゼオライト / Agクラスター / 波長変換膜 / Ｘ線照射 / 焼成 / 蛍光ナノ材料 / 波長変換 / 蛍光 / 太陽電池

【研究成果の概要】

太陽電池の発電効率を改善する方法として、発電に利用できない近紫外光を可視光に変換する透明な波長変換膜の利用が提案されている。本研究では波長変換材料として、ゼオライト骨格内に蛍光性Agクラスターを担持した、Agゼオライト蛍光ナノ粒子に着目した。まずX線照射による蛍光特性の改善について評価を行った。作製したAgゼオライトにPdの特性X線を照射すると、蛍光強度の増大が見られた。これは、ゼオライト内で蛍光性Agクラスターが生成したためと考えられる。次に、Agゼオライトで透明な波長変換膜を作製し、特性を評価した。この膜の蛍光強度の改善には、X線照射よりも不活性雰囲気下での焼成が有効であった。

【研究の社会的意義】

低炭素社会の実現に向けた取り組みのひとつとして、太陽光発電の高効率化は重要な課題である。市販の太陽電池は、保護のために紫外線吸収剤が使用されており、太陽光が含有する近紫外光を発電に有効利用できていない。そこで、近紫外光を吸収して太陽電池を保護するだけでなく、さらに発電に有効な可視光に変換するような透明な波長変換膜の開発が求められる。本研究ではAgゼオライトナノ粒子に着目し、X線照射という新たな手法により蛍光特性を改善したことに加え、透明な波長変換膜の作製に成功した。新規な蛍光材料であるAgゼオライトを用いての太陽電池用波長変換膜の開発に対して、重要な知見を与える成果が得られたと言える。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2019-03-31

【配分額】2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)

【研究分野】ナノ材料化学

【研究領域課題番号】25390014 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アップコンバージョン / 蛍光体 / ナノ粒子 / レーザー / がん治療 / レーザープロセッシング / 結晶性 / 蛍光 / 光線力学的療法 / 液中レーザーアブレーション

【研究成果の概要】

水中の物質に集光パルスレーザー光を照射する「液中レーザーアブレーション」によりアップコンバージョンナノ粒子を作製し、がん細胞を用いた実験によりこのナノ粒子ががん治療に利用可能であることを示した。このがん治療法としては光線力学的療法を用いており、従来、この治療法では大きながんや深部のがんは治療できないが、アップコンバージョンナノ粒子と生体透過性の高い近赤外光を用いると、この問題を克服できる可能性があることを示した。

【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】応用物性・結晶工学

【研究領域課題番号】21560011 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ナノ粒子 / レーザ / 光学特性 / レーザ照射 / 蛍光 / 蛍光特性

【研究成果の概要】

本研究では、レーザ照射によるナノ粒子の蛍光特性向上とその工学的応用ついて研究を行い以下の成果を得た。
(1)レーザ照射による酸化亜鉛ナノ粒子の蛍光強度増加機構は、レーザ照射で酸化亜鉛合成の光化学反応が促進されて高結晶性酸化亜鉛層がナノ粒子表面に形成され、この層による表面欠陥保護の効果で蛍光強度が増加したことを示した。
(2)各種ナノ粒子で表面保護効果により光学特性が向上することを示した。
(3)工学的応用において重要である高性能ナノ粒子の短時間作製に成功した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】熱工学

【研究領域課題番号】20760140 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

燃焼合成 / 気体燃焼 / 蛍光 / ナノ粒子 / 拡散火炎 / TEM / XRD / 減圧

【研究成果の概要】

本研究では,蒸気前駆物質を利用した蛍光ナノ粒子の気相燃焼合成法において,合成された粒子の形状特性及び蛍光発光特性について検討を加えた.また,噴霧液滴前駆物質を利用した気相燃焼合成法についても実施した.測定・分析ではTEM,・SEM観察,XRD分析及び蛍光分光計測を実施した.結果,蒸気前駆物質を利用した際には,粒子サイズは前駆物質蒸気分圧,合成火炎温度及び合成燃焼場圧力の各条件に依存するが,蛍光発光強度は合成火炎温度のみに依存することが分かり,この発光の依存性は合成火炎温度の違いによる結晶構造の変化に起因していることが明らかとなった.また,噴霧液滴前駆物質を利用した際には,ナノ粒子のサイズは噴霧液滴径と濃度にのみ強く依存することが明らかとなった.

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2008 - 2009

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】熱工学

【研究領域課題番号】19860065 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

燃焼合成 / 気体燃焼 / 蛍光 / ナノ粒子 / 前駆物質 / TEM / XRD / 拡散火炎

【研究成果の概要】

本研究は、蛍光発光特性を有するナノ粒子の蒸気型前駆物質を利用した気相燃焼合成法の開発を目的として実施したものである。初年度に当たる本年度は、特に粒子合成装置の開発及び粒子合成試験の実施までを目標に実施した。合成試験装置は、前駆物質蒸発室・燃焼用バーナ・粒子捕集器から構成され、蒸発器にて蒸気化された前駆物質が燃焼用燃料ガスと共にバーナまで導かれ、気相燃焼反応領域を通過することで粒子の合成が行われる。今回、合成する粒子は近赤外励起・可視蛍光の特徴を持つY_2O_3:Yb,Erとし、前駆物質にはY(C_llH_19O_2)_3、Yb(C_l1H_19O_2)_3、Er(C_11H_19O_)_3の混合物を使用した。燃焼には、最高燃焼温度が3000K程度まで到達するメタン・酸素同軸二重円管拡散火炎を用いた。合成された粒子の電子顕微鏡(TEM)観察から、10〜50nm膿の直径を持つナノ粒子が良好}こ合成されていることが確認された。また、燃料ガスの希釈によって燃焼温度を2000K〜3000Kまで変化させて合成したところ、燃焼温度が高いほうが合成粒子径も大きくなることが明らかとなった。合成された粒子に対して、980nm半導体レーザ励起による蛍光発光を分光器を用いて測定したところ、670nm程度の波長域における良好な蛍光が観察され、さらに、合成燃焼温度が高い方が蛍光強度も強くなることが確認された。X線回折測定(XRD)によって粒子の結晶構造を調べたところ、合成火炎温度が高い場合には単斜晶、低い場合には立方晶構造となっており、この構造の違いが蛍光発光強度に影響していることが示唆された。以上の結果の一部は、既に国際会議において発表及び解説記事として掲載されており、また2008年5月に開催される国内会議にて発表を予定、さらに学術雑誌(Journal of Luminescence)への投稿を準備中である。

【研究種目】若手研究(スタートアップ)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】3,115千円 (直接経費: 2,710千円、間接経費: 405千円)

【研究分野】反応・分離工学

【研究領域課題番号】12555221 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

フォトニック結晶 / 自己組織化 / ナノ粒子 / レーザー / 光メモリー / 離散要素法 / 自然沈降 / 蛍光 / フォトニッククリスタル / デバイス / フォトニックバンドギャップ / シリカ / 結晶化 / 高速製膜 / フォトニッククハスタル

【研究成果の概要】

フォトニック結晶は、光の波長レベル(数百ナノメーター)の大きな構造周期を有する「結晶」で、21世紀の光情報化時代の基幹材料である。本展開研究では、1)生成機構の解明と高速製造と2)デバイス化に関する検討を行った。
1)生成機構の解明と高速製造
自然沈降法による三次元フォトニッククリスタル形成過程の最適化とメカニズム検討を行った。これらの知見をもとに薄膜化に関して離散要素法(Discrete Element Method, DEM)法を用いてシリカ粒子の自己配列過程の計算機シミュレーションを実施し、実験と比較検討を行った。初期条件を変化させることにより、点欠陥、線欠陥の発生するメカニズムについての知見を得ることができた。欠陥の少ないフォトニック結晶薄膜の高速製造のための指針が得ることができた。
2)デバイス化への展開
フォトニック結晶中に色素と金属微粒子を閉じ込めることにより、低しきい値で発振するレーザーの開発を検討した。色素や金属微粒子の固定法を工夫することにより、スパイク状のパルスを発振できることに成功した。
コロイド化学的に合成した半導体ナノ粒子のウェットプロセスによる自己配列法の検討を行い、配列構造と光機能の相関について解析した。半導体ナノ粒子配列構造において励起光照射時間に伴い、蛍光発光強度が非線形な挙動を示すことを見出した。この非線形発光挙動は、ナノ粒子配列における一部の粒子の光イオン化によるマトリクスの静電ポテンシャル上昇および光酸化によるエネルギー障壁の生成による光イオン化速度の減少、すなわちナノ粒子群としての見かけの量子効率変化として説明できる。解析の結果、この現象は粒子充填密度が深く関与していることが示唆された。光メモリーへの応用が期待される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2000 - 2001

【配分額】12,700千円 (直接経費: 12,700千円)