二次元金属・ナノロッドアレイ法による超高感度表面増強ラマン散乱法の開発と酵素イムノアッセイへの応用

二维金属/纳米棒阵列法超灵敏表面增强拉曼散射方法的开发及其在酶免疫分析中的应用

• 批准号: 03F00281
• 负责人: 尾崎 幸洋
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Kwansei Gakuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03F00281/
• 关键词: 表面増強ラマン散乱; ラマン分光法; 酵素イムノアッセイ; 高感度分析; 表面プラズモン

本年度は二次元金属、ナノロッドアレイ法による超高感度表面増強ラマン散乱法(SERS)の開発の準備として単一銀ナノ粒子系のSERSについて研究した。SERSは金属表面における数ナノメートル領域の微細構造で生じると考えられている。本研究ではLee-Meiseiクエン酸還元方法で合成され、単一分子SERS測定に実績のある銀ナノ粒子を用いた。銀ナノ粒子は表面プラズモン共鳴(SPR)が最も効率よく起き、SERS基質として適している。銀ナノ粒子分散液の吸収スペクトルから平均粒子径、濃度はそれぞれ約53nm、1.7×10^<-12>Mと見積もられた。使用する分子は励起光波長が共鳴波長域にあるローダミン6G(R6G)を濃度3.4×10^<-8>Mで用いた。銀ナノ分子分散液とR6G水溶液をNaCl濃度10mM下で混合することでR6G分子を銀ナノ粒子に吸着させ、SERS活性な銀ナノ粒子分散液を作成した。この銀ナノ粒子分散液をスピンコート法によりガラス基板上に分散し、単一分子測定を行った。次に波長可変でラマン励起を分子の電子共鳴あるいは非共鳴領或でSERS分光が容易に可能となり、任意の分子についてSERS発現の励起レーザー波長、SPRのバンドピークエネルギー依存性が解明できる。次に単一銀ナノ粒子のSPR, SERS測定を行うことでのみ選択、制御が可能となることを具体的に3点述べる。(1)SERS発現に適した励起光の偏光をSPRの光学異方性に合わせて選択、制御できる。(2)SERS発現に適した励起波長をSPRのピーク波長と吸着分子の電子共鳴波長を考慮して設定できる。(3)金属ナノ粒子の表面電荷を制御し、SERS発現に適した分子の吸着条件を金属ナノ粒子ごとに達成できる。本研究から次のような結論が得られた。単一銀ナノ凝集体を用いた実験により得られたSPRとSERSとの関係から、銀ナノ凝集体に吸着した分子が高強度電場と電磁相互作用したときSERSを発現することが強く示唆された。これらの結果は励起光の波長、偏光、SPRバンドを制御することでSERSを用いた分子検出を最適化できることを示している。

今年，为了准备使用二维金属纳米棒阵列方法开发超灵敏表面增强拉曼散射（SERS），我们研究了使用单一银纳米粒子系统的SERS。 SERS被认为发生在金属表面几纳米的微观结构中。在这项研究中，我们使用了通过 Lee-Meisei 柠檬酸还原法合成的银纳米粒子，并且在单分子 SERS 测量方面拥有良好的记录。表面等离子共振 (SPR) 在银纳米颗粒中最有效地发生，使其适合作为 SERS 基底。根据银纳米粒子分散液的吸收光谱，估计平均粒径和浓度分别约为53nm和1.7×10 ^ -12 M。激发光波长在共振波长范围内的罗丹明6G(R6G)的使用浓度为3.4×10 ^ -8 M。通过将银纳米分子分散体和 10mM NaCl 浓度的 R6G 水溶液混合，R6G 分子被吸附到银纳米颗粒上，形成具有 SERS 活性的银纳米颗粒分散体。通过旋涂将该银纳米粒子分散液分散在玻璃基板上，进行单分子测定。接下来，通过改变波长，可以使用分子电子共振或非共振区域的拉曼激发轻松进行SERS光谱分析，并且可以阐明SERS表达对激发激光波长和SPR带峰能量的依赖性对于任何分子。接下来，我们将讨论仅通过对单个银纳米粒子进行 SPR 和 SERS 测量即可选择和控制的三个具体点。 (1)可以根据SPR的光学各向异性来选择和控制适合SERS表达的激发光的偏振。 (2) 可以通过考虑SPR的峰值波长和吸附分子的电子共振波长来设定适合SERS表达的激发波长。 (3)通过控制金属纳米颗粒的表面电荷，可以为每种金属纳米颗粒实现适合SERS表达的分子的吸附条件。本研究得出以下结论。从使用单个银纳米聚集体的实验中获得的 SPR 和 SERS 之间的关系强烈表明，当吸附到银纳米聚集体上的分子与高强度电场发生电磁相互作用时，就会发生 SERS。这些结果表明，可以通过控制激发光的波长、偏振和 SPR 波段来优化使用 SERS 的分子检测。