ｎ型、ｐ型不純物同時ドープコロイド状シリコンナノ結晶の開発と基礎物性解明

本年度は、シリコンナノ結晶コロイドの基礎物性解明及び大面積電子デバイス・バイオフォトニクス応用を念頭に研究を行った。不純物ドープシリコンナノ結晶の基礎物性解明の一環として、(i) ３次元アトムプローブトモグラフィー法による原子スケールでの不純物分布の解明、(ii) 単一シリコンナノ結晶の発光特性解明に関する研究を行った。さらに、バイオ応用を見据えて、(iii) 生体分子を用いたシリコンナノ結晶-プラズモニックナノ粒子複合体形成、(iv) シリコンナノ結晶を用いたバイオイメージング応用実証に関する研究を行った。(i) に関して、ニューサウスウェールズ大学・シドニー大学と共同で３次元アトムプローブによるシリコンナノ結晶内部の不純物分布を明らかにし、その粒径依存性や不純物の偏析状態を評価した。(ii) について、顕微分光法を用いて単一の不純物ドープシリコンナノ結晶の発光特性を評価した。これらの研究により、不純物ドープシリコンナノ結晶の構造及び発光起源が不純物をドープしていないナノ結晶と大きく異なることを明らかにした。(iii) に関して、シリコンナノ結晶表面をアミノ基、チオール基で修飾し、DNAはハイブリダイゼーションにより金ナノ粒子と結合した。複合体は3-4倍の発光強度を示した。(iv)に関して、シリコンナノ結晶と骨芽細胞を24-48時間培養し、その毒性評価・発光特性評価を行った。シリコンナノ結晶は非常に毒性が低く、細胞内で長時間安定して近赤外発光を示すことを明らかにした。

本年度は、シリコンナノ結晶コロイドの基礎物性解明及び大面積電子デバイス・バイオフォトニクス応用を念頭に研究を行った。不純物ドープシリコンナノ結晶の基礎物性解明の一環として、(i) ３次元アトムプローブトモグラフィー法による原子スケールでの不純物分布の解明、(ii) 単一シリコンナノ結晶の発光特性解明に関する研究を行った。さらに、バイオ応用を見据えて、(iii) 生体分子を用いたシリコンナノ結晶-プラズモニックナノ粒子複合体形成、(iv) シリコンナノ結晶を用いたバイオイメージング応用実証に関する研究を行った。(i) に関して、ニューサウスウェールズ大学・シドニー大学と共同で３次元アトムプローブによるシリコンナノ結晶内部の不純物分布を明らかにし、その粒径依存性や不純物の偏析状態を評価した。(ii) について、顕微分光法を用いて単一の不純物ドープシリコンナノ結晶の発光特性を評価した。これらの研究により、不純物ドープシリコンナノ結晶の構造及び発光起源が不純物をドープしていないナノ結晶と大きく異なることを明らかにした。(iii) に関して、シリコンナノ結晶表面をアミノ基、チオール基で修飾し、DNAはハイブリダイゼーションにより金ナノ粒子と結合した。複合体は3-4倍の発光強度を示した。(iv)に関して、シリコンナノ結晶と骨芽細胞を24-48時間培養し、その毒性評価・発光特性評価を行った。シリコンナノ結晶は非常に毒性が低く、細胞内で長時間安定して近赤外発光を示すことを明らかにした。