プラズモン誘起電荷分離を用いた新規バイオセンサの開発

利用等离子体诱导电荷分离开发新型生物传感器

基本信息

批准号：
16J07685
负责人：
秋吉一孝
金额：
$ 1.79万
依托单位：
The University of Tokyo
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-16J07685/
关键词：
プラズモン誘起電荷分離局在表面プラズモン共鳴電子移動金ナノプリズム周期構造電子線リソグラフィ lattice plasmon Rayleigh Anomaly 酸化チタン金ナノ粒子回折カップリングナノアンテナ効果銀ナノキューブ

项目摘要

今年度は下記の2点に大別した、局在表面プラズモン共鳴（LSPR）センサの高性能化を達成し、成果を学会発表や学術論文により報告することができた。①金ナノ粒子を酸化チタンで被覆した系に対し、適切な電位を印加することにより、LSPRに基づく電荷分離（PICS）が起こる波長や効率を電気化学的に制御した。この構造ではLSPR が長波長側にシフトしやすく、PICS 効率が低くなりやすいが、印加電位を負側にシフトさせると、カソード光電流が増大した。また、光電流ピークは元の吸収ピークの位置に近づくように長波長シフトした。これは、酸化チタン内のバンド曲がりが大きくなり、金ナノ粒子から酸化チタンに注入された電子の、金ナノ粒子への逆電子移動が抑制された効果と、ショットキー障壁が低くなり、酸化チタンへの電子移動が促進された効果などによるものと推察された。これを粒子近傍の屈折率変化に基づくバイオセンシングに利用すれば、出力信号をより大きくし、検出しやすくできると期待される。②金ナノプリズムを光の波長程度の間隔で周期的に配列させ、粒子近傍と溶液バルクの屈折率変化を同時かつ定量的に評価できる新規プラズモン-回折ハイブリッドセンサを開発した。粒子近傍と溶液バルクの屈折率の両方に選択性の高い、LSPR由来のピークだけでなく、溶液バルクの屈折率に選択性の高い、回折由来のディップについてもセンサ応答として利用することで、粒子近傍と溶液バルクの屈折率変化を同時に得られることを、実験と電磁場シミュレーションから裏付けた。これは、試料溶液と標準溶液との屈折率差による影響を排除して、センサ近傍のみの屈折率変化を評価することに役立ち、他の新規マルチ応答センサの開発にもつながると期待される。以上のように、当初の予定とは違う方向へも進展したが、その結果、種々の新規な知見が得られ、プラズモンセンサ特性の改善などに応用できた。

今年，我们能够提高局域表面等离子体共振（LSPR）传感器的性能，大致可以分为以下两点，并且我们能够在会议演讲和学术论文中报告结果。 (1) 通过对金纳米颗粒涂有氧化钛的系统施加适当的电位，我们以电化学方式控制了基于局域表面等离子体共振的电荷分离（PICS）发生的波长和效率。在这种结构中，局域表面等离子体共振倾向于向更长的波长移动，PICS效率倾向于降低，但当施加的电位向负侧移动时，阴极光电流增加。此外，光电流峰移动到更长的波长以接近原始吸收峰位置。推测这是由于氧化钛内的能带弯曲增加、抑制从金纳米粒子向氧化钛注入的电子向金纳米粒子的反向电子转移、降低肖特基势垒的效果。电子转移到.如果将其用于基于颗粒附近折射率变化的生物传感，则预计输出信号将更大并且检测将更容易。 ②我们开发了一种新型等离子体-衍射混合传感器，通过以与光波长相当的间隔周期性排列金纳米棱镜，可以同时定量评估颗粒附近和溶液主体的折射率变化。通过不仅使用局域表面等离子体共振衍生的峰（对粒子附近和溶液体的折射率都具有高度选择性），而且还使用衍射衍生的倾角（对溶液体的折射率具有高度选择性），传感器响应、粒子实验和电磁场模拟证实，可以同时获得附近和溶液本体中的折射率变化。这对于仅评估传感器附近的折射率变化很有用，消除了样品溶液和标准溶液之间折射率差异的影响，并有望导致其他新型多响应传感器的开发。如上所述，尽管已经在与最初计划不同的方向上取得了进展，但是已经获得了各种新的发现并且可以应用于等离子体激元传感器特性的改进。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Enhancement of Plasmon-Induced Charge Separation Efficiency by Coupling Silver Nanocubes with a Thin Gold Film

通过将银纳米立方体与金薄膜耦合来提高等离激元诱导的电荷分离效率

DOI：
10.1117/1.jpe.6.042505
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Akiyoshi; K. Saito;T. Tatsuma
通讯作者：
T. Tatsuma

金ナノプリズムアレイに基づくプラズモン-光回折ハイブリッドセンサ

基于金纳米棱镜阵列的等离子光学衍射混合传感器

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
秋吉一孝・田中嘉人・石田拓也・志村努・立間徹
通讯作者：
秋吉一孝・田中嘉人・石田拓也・志村努・立間徹

Development of LSPR Sensors Based on Plasmon-Induced Charge Separation

基于等离激元诱导电荷分离的局域表面等离子体共振传感器的开发

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Akiyoshi;T. Tatsuma
通讯作者：
T. Tatsuma

Plasmonic Diffractive Hybrid Sensors Based on a Gold Nanoprism Array

基于金纳米棱镜阵列的等离激元衍射混合传感器

DOI：
10.1021/acsanm.8b01829
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kazutaka Akiyoshi; Yoshito Y. Tanaka* ; Takuya Ishida; Tsutomu Shimura;Tetsu Tatsuma*
通讯作者：
Tetsu Tatsuma*

金ナノプリズムアレイLSPRの回折カップリングに基づく屈折率応答

基于金纳米棱镜阵列LSPR衍射耦合的折射率响应