多光子還元による生体親和性ゲル内部への特性可変金属ナノ構造の作製

通过多光子还原在生物相容性凝胶内创建具有可变特性的金属纳米结构

• 批准号: 20J13150
• 负责人: 町田 茉南
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J13150/
• 关键词: ハイドロゲル; フェムト秒レーザー; 多光子還元; 金属; マイクロ構造; ナノ構造; 蛍光分子

本研究の目的は、超短パルスレーザーを用いてハイドロゲル内部に作製した金属微細構造の生体用光学センシングデバイスへの展開である。同目的に向けて、ハイドロゲルは内部への金属細線作製後も可視域における透過性を維持させる必要があることから、本年度はハイドロゲル内部において局所的に金属イオンの還元を促進させることによる金属微細構造の作製を行った。同時に、生成金属細線への導電性付与による新展開を目指すため、高効率な金属イオンの還元促進の誘起による高密度な金属細線の作製を試みた。還元剤として蛍光分子FITC-dextranをPEGDAゲルに含有させることで、レーザーパルス集光部で金属イオンの光還元が促進されることが明らかとなった。酸化反応をもたらす蛍光分子の光退色反応が誘起され、金属イオンの還元が促されたと推察される。同結果は、蛍光分子Rhodamine110を用いた実験でも得られた。さらに、FITC-dextranを用いた実験では、集光部以外の領域で金属イオンの還元が抑制された。アニオン性FITC-dextranの持つ負電荷が金属イオンに配位し、還元される金属イオン数が減少したためと考えられる。以上の結果から、局所的な金属イオンの還元誘起による高密度な金属微細構造作製を実証し、光学センシングデバイスへの展開に加え導電性金属構造の作製にも貢献できる技術を獲得した。次段階として、PEGDAとpH応答性PAAゲルの混合ゲルを異なるpH又は濃度の溶液へ浸漬させ、光学特性のリアルタイムセンシングを行った。純水、グルコース溶液、リン酸緩衝生理食塩水を溶媒として用いることで、ハイドロゲルの伸縮に伴い金微細周期構造の線幅および周期間隔が変化し、吸光度ピークのシフトが観測された。以上より、ハイドロゲルの伸縮特性を活用することで、生成金細線構造が外部環境の光学センシングに活用可能であることを実験実証した。

这项研究的目的是开发一种使用超短脉冲激光器在水凝胶内部制造的金属微结构的生物学光学传感装置。为了实现相同的目的，由于水凝胶即使在水凝胶内部产生金属电线后也必须在可见范围内保持渗透性，因此今年我们通过局部促进水凝胶内的金属离子的还原来制造金属微观结构。同时，为了通过为生产的金属电线提供电导率来实现新的开发，我们试图通过诱导高效的金属离子降低来制造高密度金属电线。已经揭示了通过将荧光分子FITC-脱糖类掺入PEGDA凝胶中的还原剂，在激光脉冲冷凝器上促进了金属离子的光摄取。据估计，诱导导致氧化反应的荧光分子的光漂白反应，并促进了金属离子的还原。在使用荧光分子若丹明1110的实验中也获得了结果。此外，在使用FITC-DEXTRAN的实验中，金属离子在光收集器以外的其他区域被抑制。这被认为是因为阴离子FITC-dextran与金属离子的负电荷，并且减少的金属离子数量减少。从上述结果中，我们通过诱导局部金属离子的减少来证明高密度金属微结构的制造，并获得了一项技术，该技术除了发展为光学传感设备外，还可以有助于导电金属结构的生产。下一步，将PEGDA的混合凝胶和pH响应PAA凝胶浸入不同的pH或浓度的溶液中，以对光学性质进行实时感测。通过使用纯水，葡萄糖溶液和磷酸盐缓冲盐水作为溶剂，随着水凝胶的拉伸和收缩，细金周期结构的线宽度和周期间隔发生了变化，并且观察到了吸光度峰的变化。从上面，我们已经证明，通过利用水凝胶的拉伸特性，可以将产生的细丝结构用于外部环境的光学感应。

项目成果

Anionic fluorophore-assisted fabrication of gold microstructures inside a hydrogel by multi-photon photoreduction

• DOI: 10.1364/ome.412066
• 发表时间: 2021-01-01
• 期刊: OPTICAL MATERIALS EXPRESS
• 影响因子: 2.8
• 作者: Machida, Manan;Shen, Weilu;Terakawa, Mitsuhiro
• 通讯作者: Terakawa, Mitsuhiro

Charged fluorophores-assisted fabrication of metallic structures inside hydrogel by multi-photon photoreduction

通过多光子光还原带电荧光团辅助水凝胶内金属结构的制造

• DOI: 10.1117/12.2578247
• 发表时间: 2021
• 期刊: Proceedings of SPIE
• 作者: Manan Machida;Weilu Shen;Hiroaki Onoe;Alexander Heisterkamp;Eric Mazur;Mitsuhiro Terakawa
• 通讯作者: Mitsuhiro Terakawa

アニオン性蛍光分子支援多光子還元による金微細構造の作製

阴离子荧光分子辅助多光子还原制备金微结构

• 发表时间: 2021
• 作者: 町田茉南;Weilu Shen;尾上弘晃;蛭田勇樹; Alexander Heisterkamp;Eric Mazur;寺川光洋
• 通讯作者: 寺川光洋