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2016年10月 9日 (日)

2ステップで作製可能な「複合ナノ構造」で分子由来の光応答が1億倍以上に増強 規則正しく並んだ昆虫の複眼と稲妻が集まる避雷針の自然現象がヒントに

Fri, 16 Sep 2016 早稲田大学トピック
 
詳細は、リンクを参照して下さい。
 
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 早稲田大学理工学術院井村考平
(いむらこうへい)教授(先進理工学部)、
大阪府立大学大学院理学系研究科飯田琢也
(いいだたくや)准教授らの
研究チームは、3個セットの金ナノ粒子と、
昆虫の複眼のように規則正しく並んだ
マイクロ粒子の「複合ナノ構造体」を
2ステップで簡単に作製できる技術を
構築し、分子由来の光応答を1億倍以上に
増強する原理を解明しました。
 
 私たちの身の回りにある金や銀は、
金色や銀色をしていますが、
これを小さくしていくと赤色、青色と
さまざまな色に変化します。
 
 金のナノ粒子が赤色を示すのは、
光をあてると金の中の電子が
一斉に運動するためです。
 
 光はたくさん電子にまとわりつくので、
金のナノ粒子の近くでは、光の密度が
局所的に高くなります。
 
 このような状態のところに、
分子があると分子の光に対する応答も
大きくなります。
 
 これを利用すると分子の種類や
その濃度を判定する化学センサーを
作ることができ、1個の分子の種類を
区別しながら検出することができれば、
究極の超高感度化学センサーになります。
 
 現在、金ナノ粒子が2つ3つくっついた
状態がもっとも感度が高いと考えられて
います。
 
 今回の研究では、自然界の高性能な
受光素子の1つである昆虫の複眼と、
効率的に光を集める方法として稲妻が
避雷針に集まる現象をヒントに、
金ナノ薄膜でコートしたマイクロ粒子の
周期構造のくぼみに金ナノ粒子を
3個ずつ載せた「複合ナノ構造体」を
作製しました。
 
 この「複合ナノ構造体」は、
基板に滴下した液滴中の微小な粒子が
乾燥の過程で自然に配列する現象を
使って、
①マイクロ粒子の分散液を基板上に
 滴下・乾燥して金ナノ薄膜でコートし、
②金ナノ粒子の分散液を滴下・乾燥する
 という2ステップで簡便かつ低コストに
 作製可能です。
 
 「複合ナノ構造体」は、可視から
近赤外域に渡って非常に強い光応答を示し、
さらに、複合ナノ構造体の表面に
小さな色素分子をばらまくと、
その色素分子内部の振動に伴って発生する
散乱光が1億倍以上に増強されることが
分かりました。
 
 本研究成果は、太陽光エネルギーの
高効率変換や、ナノメートルオーダーの
大きさの分子を表面に吸着して
光で高感度に検出するタイプの
化学センサーへの応用が期待できます。
 
 持続可能な社会実現のための
グリーン・イノベーション技術や、
予防医療による健康長寿のための
ライフ・イノベーション技術などの
基礎となる成果と言えます。
 
 今回の研究成果は、米国化学会の
科学論文雑誌『Journal of Physical
Chemistry Letters』に、9月6日
(現地時間)に掲載されました。
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 面白い現象ですね。
 
 まだまだ、製品化までには課題が沢山
あり、時間がかかりそうですが、
 
>今回の研究で作製した複合ナノ構造体は
>紫外から近赤外領域の幅広い波長域の光
>と強く相互作用するため、
>再生エネルギーの一つとして注目される
>太陽光エネルギーの高効率変換への応用
>が期待できます。
 
>また、ナノメートルオーダーの大きさの
>分子を表面に吸着して光で高感度に
>検出するタイプの化学センサーへの応用
>も期待できます。
 
 期待しましょう。

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