【研究領域課題番号】19K05398 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

レーザー / ナノ粒子 / 近赤外光 / 光音響 / フタロシアニン / ナフタロシアニン

【研究成果の概要】

2021年度には、ナフタロシアニンと同系列で様々な特性が既に多く調べられているフタロシアニンに関して、比較として中心金属がないものを主に検討を進めた。
フタロシアニンに対して、超純水中でレーザーフルエンスを振って532 nmのレーザー光を照射すると、走査電子顕微鏡観察により、レーザーフルエンスが増加すると共に微細化が進行し、柱状のミクロンサイズの原料が、1次粒径および2次粒径が数百ナノメートルから数十ナノメートルの粒子へと変化することが確認された。また、レーザーフルエンス75 ｍJ/cm2では、1次粒径が数百ナノメートルの球状ナノ粒子の生成が確認された。
作製したナノ粒子分散水溶液の吸収スペクトル形状において、ソーレー帯とQ帯のダビドフ分裂に関して、銅ナフタロシアニンと同様に、800 nm付近の長波長側のピークはレーザーフルエンスを増加させると消失する傾向が見られ、β型からα型への結晶構造変化が示唆された。ピーク強度に関しては、フルエンスの増加と共に150 mJ/cm2までは増加したが、その後は減少傾向が観察され凝集が示唆された。
ナノ粒子分散水溶液において、ナノ粒子の凝集による吸収係数の低下を用いてナノ粒子の分散安定性を評価できることから、各レーザーフルエンスでの分散安定性を評価したところ、300 mJ/cm2の高レーザーフルエンスにおいて最も安定な傾向が得られた。この原因を調べるために、ゼータ電位を測定したところ、300 mJ/cm2のレーザーフルエンスにおいて最も高い絶対値の値を得た。これは、高いレーザーフルエンスによるアブレーションの効果で生成ナノ粒子が帯電したためと考えられる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31

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

【研究領域課題番号】19H02035 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ガラス / レーザ / ドープ / デドープ / ナノ粒子 / マニピュレーション

【研究成果の概要】

申請者らが見出したガラス内部での金属球のレーザマニピュレーションに関して，ガラス内部での金属球の移動メカニズム，ガラス／金属の組成変化プロセスを解明し，さらに応用展開に必要な知見を得ることを目的とし研究を行った．その結果，移動や金属箔からの導入においては，高温時に起きるガラスの吸収が重要な役割を果たしていることを明らかにした．組成変化については従来報告していた，金属成分のガラスへのドープに加え，ガラスの微量成分のデドープを見出した．応用展開には，移動量，ドープ領域の制御に加えて，研究遂行中に見出した金属球の分離について，メカニズムを明らかにした．

【研究の社会的意義】

申請者らが見出したガラス内部での金属球のレーザマニピュレーションに関して，基礎的な理解と応用に必要な検討を行った．その結果，移動メカニズムを明らかした．ガラス内部において所望の位置，領域に金属を添加できることを示し，さらに逆にガラスの内部から，特定の元素を除き金属の内部に濃縮できることを見出した．ガラスの内部で金属球を分離できることを見出し，このメカニズムを明らかにした．これらから，ガラスの内部の所望の位置の組成を自由させ，様々な着色を施す可能性を示した．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)

【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】ナノ材料・ナノバイオサイエンス

【研究領域課題番号】21310072 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

質量分析 / MALDI / SALDI / ナノ構造 / ナノ粒子 / エッチング / 脱離 / レーザー / イオン化効率 / ソフトイオン化 / ラッキーサバイバー / ナノ加工 / 表面支援 / 脱成分部分腐食 / 波長依存 / LDI-MS / 薬物分析 / レーザー脱離イオン化 / ナノサイズ / 電気化学 / 成分腐食法 / 薬物・毒物 / 表面科学 / Dealloy

【研究成果の概要】

低分子の解析に最適なナノ基板を用いる表面支援LDI(SALDI)システムの開拓を行った。合金からのDealloy法によって、電気化学的エッチングによりナノポーラス白金基板の作製を行い、成功した。また、合金組成の違いによって、ナノポーラス構造が大きく変化していることを見出した。この基板をSALDIに用いたが、有機化合物の脱離・イオン化は熱拡散により困難であった。それに対し、半導体微粒子の集積法によるLDI用試料基板形成を行い、LDI質量分析に用いたところ、効率よく化合物が脱離・イオン化されることが明確となった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)

【研究分野】機能物質化学

【研究領域課題番号】17105005 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

DNA / 光機能性 / 電荷分離 / 電荷移動 / DNA光損傷 / DNAナノデバイス / DNAエレクトロニクス / デアザアデニン / ナノサイエンス / 光増感剤 / ナノテクノロジー / ミスマッチ / スティッキーエンド / 光 / 光電流 / ナノデバイス / ホール / バイオセンサー / 光電変換デバイス / SNP / DNA損傷 / 光線力学療法 / レーザー / ナノ粒子

【研究成果の概要】

様々な光機能性クロモフォアを修飾したDNAを用いて、DNA内の光電荷分離、電荷移動機構を明らかにし、高効率・長寿命電荷分離を実現した。さらに、光機能性DNA分子ワイヤー、光エネルギー変換などの光電変換デバイスや、高効率DNA損傷法への展開を行い、DNA光ナノサイエンスの創製を試みた。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2005 - 2009

【配分額】107,120千円 (直接経費: 82,400千円、間接経費: 24,720千円)

【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)

【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)