生体超分子の表面選択吸着機構の解明及び選択吸着技術を用いたナノ電子デバイスの創成

阐明生物超分子的表面选择性吸附机制并利用选择性吸附技术创建纳米电子器件

• 批准号: 10J00596
• 负责人: 橋元 達也
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J00596/
• 关键词: 局在表面プラズモン共鳴; 表面プラズモン共鳴; ナノバイオプロセス; バイオセンサー; プラズモニクス; 光検出器; 局在鏡面プラズモン共鳴; バイオナノプロセス; 自己組織化

昨年度までにおいて,M-doped TiO_2層(10nm)上に金電極(100nm)と金ナノ粒子(GNP)プラズモンアンテナを形成したデバイスを作製し,波長400-800nmの範囲の光を照射しながら電流を測定した結果,波長620nm付近に光電流増大率ピークをもつ波長依存性を確認し,GNPの局在表面プラズモン共鳴(LSPR)を電気的に検出できることを示した.しかしながら,具体的なLSPR検出機構は明らかになっていない.そこで本年度では,実験的手法と計算的手法の両方を用い,LSPRの検出機構の解明を目指すとともにデバイス構造の最適化を行った.その結果,デバイスのAu電極膜厚を変えて光電流増大率を評価した実験より,Au電極膜厚が薄くなるにつれて波長620nm付近のピーク強度が増大することがわかった.この結果は,光照射によってAu電極表面に励起された電子が光電流に寄与していることを示している.また,光電流増大率のピーク強度の光照射角度依存性から,Au電極の表面プラズモン共鳴(SPR)が電子を励起していることを見出した.さらに,有限要素法の電磁場解析より,本デバイスの構造においてAu電極表面にSPRが起こり得ることを確認した.以上の結果より,光電流Au電極のSPRが,波長620nm付近の光電流増大率ピークの一因になっていることがわかり,金電極のSPRと金ナノ粒子のLSPRが互いに作用しあっていることを見出した.これは,金ナノ粒子の形状・サイズやAu電極の構造を設計・最適化することで,金ナノ粒子のLSPR波長とAu電極のSPR波長を一致させることができれば,信号強度(光電流増大率)の飛躍的な増大が期待できることを示している.本年度の成果は,バイオセンサーを半導体チップ上に集積した小型バイオセンサーチップの基盤技術の足がかりとなることが期待できる.

Last year までにお までにお て,M-doped TiO_2 layer (10 nm) に gold electrodes (100 nm) と gold ナ ノ particles (GNP) プ ラ ズ モ ン ア ン テ ナ を form し た デ バ イ ス を as し, wavelength 400-800 nm の van 囲 の を sunlight し な が ら current を determination し た as a result, the wavelength of 620 nm paying nearly に photocurrent raised DaLv ピ ー ク を も つ wavelength dependence を indeed Recognize し, GNP の bureau in surface プ ラ ズ モ ン resonance (LSPR) を electric 気 に 検 out で き る こ と を shown し た. し か し な が ら, specific な LSPR は 検 device Ming ら か に な っ て い な い. そ こ で this year で は, be 験 gimmick と calculation methods の struck を use い, LSPR の の 検 device interpret を refers す と と も に デ の バ イ ス structure optimization を line っ た. そ の results, デ バ イ ス の Au electrode film thickness を - え て photocurrent raised DaLv を review 価 し た be 験 よ り, Au electrode film thickness thin が く な る に つ れ て wavelength of 620 nm paying nearly の ピ ー ク strength が raised large す る こ と が わ か っ た. こ は の results, light に よ っ て に Au electrode surface wound up さ れ た electrons が photocurrent に send し て い る こ と を shown し て い る. ま た, photocurrent raised DaLv の ピ ー ク strength の light Angle dependency か ら, Au electrode surface プ の ラ ズ モ ン resonance (SPR) が electronic を wound up し て い る こ と を shows し た. さ ら に, finite element method is の electromagnetic field analytical よ り, this デ バ イ ス の tectonic に お い て Au electrode surface From にSPRが to る る とを confirm た. の above results よ り, photocurrent Au electrode の SPR が, wavelength of 620 nm paying nearly の photocurrent raised DaLv ピ ー ク の due に な っ て い る こ と が わ か り, electrode の SPR と gold ナ ノ particle の LSPR が mutual い に role し あ っ て い る こ と を shows し た. こ れ は, gold ナ の ノ particle shape, サ イ ズ や を の Au electrode structure Meter, optimization す る こ と で, gold ナ ノ particle の LSPR wavelength と Au electrode の SPR wavelength を consistent さ せ る こ と が で き れ ば, signal intensity (photocurrent raised DaLv) の leap な raised large が expect で き る こ と を shown し て い る. This year の results は バ イ オ セ ン サ ー を semiconductor チ ッ プ に set on し た small バ イ オ セ ン サ ー チ ッ プ の base plate technology の foot が か り と な る こ と が expect で き る.

项目成果

フェリチンタンパク質によるプラズモニックデバイス作製プロセスにおける大気圧Heプラズマ応用タンパク質除去技術の検討

在使用铁蛋白的等离激元器件制造过程中使用大气压 He 等离子体检查蛋白质去除技术

• 发表时间: 2011
• 作者: 橋元達也;他;山本隆文;山下翔大;Tatsuya Hashimoto;山本隆文;山下翔大;橋元達也
• 通讯作者: 橋元達也

Practical protein removal using atmospheric-pressure helium plasma for densely packed gold nanoparticle arrays assembled by ferritin-based encapsulation/transport system

使用大气压氦等离子体去除由基于铁蛋白的封装/运输系统组装的密集金纳米颗粒阵列的实际蛋白质

• DOI: 10.1063/1.4745508
• 发表时间: 2012
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: T. Hashimoto;et al.
• 通讯作者: et al.

Selective assembly of close-packed gold nanoparticle arrays on substrate by ferritin protein-base encapsulation system and their plasmonic properties

铁蛋白基封装系统在基底上选择性组装密堆积金纳米颗粒阵列及其等离子体特性

• 发表时间: 2011
• 作者: 橋元達也;他;山本隆文;山下翔大;Tatsuya Hashimoto;山本隆文;山下翔大;橋元達也;山本隆文;Tatsuya Hashimoto
• 通讯作者: Tatsuya Hashimoto

プラズモニックデバイス作製に向けたフェリチンタンパク質援用金ナノ粒子高密度選択配置技術の開発

铁蛋白辅助金纳米粒子高密度选择性放置技术的开发用于制造等离子体器件

• 发表时间: 2011
• 作者: 橋元達也;他;山本隆文;山下翔大;Tatsuya Hashimoto;山本隆文;山下翔大;橋元達也;山本隆文;Tatsuya Hashimoto;山本隆文;橋元達也
• 通讯作者: 橋元達也

Ferritin protein-base versatile encapsulation/transport system for selective nanoscale positioning of targeted plasmonic Au nanoparticle

基于铁蛋白的多功能封装/运输系统，用于选择性纳米级定位靶向等离子体金纳米颗粒

• 发表时间: 2010
• 作者: 橋元達也;他;山本隆文;山下翔大;Tatsuya Hashimoto;山本隆文;山下翔大;橋元達也;山本隆文;Tatsuya Hashimoto;山本隆文;橋元達也;山本隆文;橋元達也
• 通讯作者: 橋元達也