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

创建新型粒子阵列，实现纳米粒子的空间分布控制

• 批准号: 16J03375
• 负责人: 渡部 花奈子
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J03375/
• 关键词: 微粒子材料; ラトル型粒子; 可動性コア; 粒子配列体; 金属ナノ粒子; 表面増強ラマン散乱; 局在表面プラズモン共鳴; ナノ材料; 電場応答性; 金ナノ粒子

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。

已知金属纳米颗粒具有独特的光学特性和传感特性。为了控制和改善这些特性，将纳米颗粒收集（整合）在一起非常重要。另一方面，纳米颗粒在液体中一般不稳定，不能承受周围环境的微小变化，例如溶液pH值或温度的变化，并发生聚集。在此背景下，需要开发一种方法来解决纳米粒子整合和聚集的困境。因此，在本研究中，我们旨在利用空心颗粒结构，通过施加电场来可逆地控制倾向于聚集的金纳米粒子的空间分布。首先，合成了含有金纳米颗粒簇的中空二氧化硅颗粒，并评估了它们的光学性质。随着封装的金纳米颗粒数量的增加，分散颗粒的水溶液的吸收光谱向更长的波长移动。接下来，通过拉曼光谱评估颗粒的传感特性。从包含多个金纳米颗粒的中空颗粒中检测到的拉曼光谱强度比从包含单个金纳米颗粒的中空颗粒中检测到的拉曼光谱强度高约55倍。对分散有所得的含有金纳米簇的中空粒子的水溶液施加交流电场。研究发现，施加电场会使颗粒局部聚集，从而有效地发挥纳米颗粒的特性。当测量检测物质的拉曼光谱时，与施加电场之前相比，施加电场之后拉曼光谱的强度增强。还证实，通过切换电场的开/关可以可逆地控制相同颗粒的聚集和分散状态。在液体中具有高分散稳定性的中空二氧化硅颗粒，一旦去除电场，即使颗粒由于电场等外部刺激而彼此接近，也可以恢复到分散状态。结果，保持了易于聚集的金纳米团簇在液体中的分散性，并实现了颗粒空间分布的可逆控制。

项目成果

ユトレヒト大学(オランダ)

乌得勒支大学（荷兰）

Plasmonic properties of gold nanoparticle clusters formed via applying AC electric field

施加交流电场形成的金纳米粒子簇的等离子体特性

• DOI: 10.1039/c8sm00097b
• 发表时间: 2018
• 影响因子: 3.4
• 作者: Kanako Watanabe; Eri Tanaka; Haruyuki Ishii;Daisuke Nagao
• 通讯作者: Daisuke Nagao

光触媒粒子の液中分散性向上に関する検討

提高光触媒颗粒在液体中分散性的研究

• 发表时间: 2019
• 作者: 波形光;大久保沙耶;渡部花奈子;石井治之;長尾大輔
• 通讯作者: 長尾大輔

微小空間での粒子配向制御に向けた金ナノロッド複合中空粒子の合成

用于控制微空间颗粒取向的金纳米棒复合空心颗粒的合成

• 发表时间: 2018
• 作者: 黒田昴太郎; 渡部花奈子; 石井治之; 長尾大輔
• 通讯作者: 長尾大輔

ユトレヒト大学(オランダ)

乌得勒支大学（荷兰）