ナノ粒子の空間分布制御を実現する新規粒子配列体の創成

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金属ナノ粒子は、特異的な光学特性やセンシング特性を有することが知られている。これらの特性を制御、向上させるためにはナノ粒子同士を集める（集積化させる）ことが重要である。一方で、ナノ粒子は一般的に液中で不安定であり、溶液pHや温度変化など、周囲環境のわずかな変化にも耐えきれず凝集してしまう。以上の背景から、ナノ粒子の集積化と凝集のジレンマを解決する方法の開発が求められている。そこで本研究では、中空粒子構造を利用し、凝集しやすい金ナノ粒子の空間分布を電場印加により可逆的に制御することを目的とした。まず複数個からなる金ナノ粒子のクラスターを格納した中空シリカ粒子合成し、光学特性評価を行ったところ、内包金ナノ粒子個数の増大に伴い粒子分散水溶液の吸収スペクトルは長波長側にシフトした。次に、同粒子のセンシング特性をラマンスペクトル測定により評価した。複数の金ナノ粒子を内包した中空粒子からは、単一の金ナノ粒子を内包した中空粒子と比較して55倍程度高いラマンスペクトル強度が検出された。得られた金ナノクラスター内包型中空粒子を分散させた水溶液に対して交流電場を印加した。電場印加により同粒子が局所的に集まり、効率的にナノ粒子の特性を引き出せることがわかった。検出物質のラマンスペクトルを測定したところ、電場印加後には印加前と比べてラマンスペクトル強度が増強された。同粒子の集積⇔分散状態は電場のON/OFFの切り替えにより可逆的に制御可能であることも確認した。液中分散安定性の高い中空シリカ粒子は、電場等の外的な刺激を受け粒子同士が接近しても、電場を解除することで再度分散状態に戻ることができる。これにより、凝集しやすい金ナノクラスターの液中分散性が保たれ、可逆的な粒子空間分布の制御が実現した。