東邦大ら,カプセルで金ナノ粒子の三次元構造を作製

東邦大学と名古屋大学は,シリカ殻を持つナノカプセル内に閉じ込めた金ナノ粒子を用いて,ナノ物質による三次元構造を作り出す技術を新しく開発した(ニュースリリース)。

金属ナノ粒子の構造体では,光学活性,旋光性など,これまで分子に見られた光学特性を発現させることも可能となるが,その構築は,これまで金ナノ粒子同士の接触確率の低さと接触方向の制限から難しかった。

研究グループは,メゾ多孔質のシリカ殻を持つサブミクロンサイズのシリカカプセル内に複数個の金ナノ粒子を閉じ込めることで金ナノ粒子の接触確率を上げた。

また三次元方向から金ナノ粒子同士が接触できる空間を作り出すことでこれらの課題を解決し,シリカカプセルに内包された複数個の金ナノ粒子を三次元方向から接触させ,光照射により金ナノ粒子を融合させることで,金ナノ粒子により構成された三次元構造を構築することができた。

また,透過型電子顕微鏡観察から,金ナノ粒子により構成された三次元構造がシリカカプセル内に作り出されたことを確認した。

得られた金ナノ粒子の三次元構造について,走査透過型電子顕微鏡画像から推測し電子エネルギー損失分光(STEM-EELS)マッピングに関する計算を行なった結果,外部から入射する電磁場のエネルギーに依存して異なるプラズモンモードが発生し,三次元構造のプラズモンモードの変化に伴い,ホットスポットの位置が変化することが明らかとなった。

得られた金ナノ粒子の三次元構造では,異なるプラズモンモードが三次元上の様々な場所に発生することから,局在表面プラズモン共鳴(LSPR)による光増強効果と組み合わせることにより,多色の光を使った高感度センサーへと応用展開することが可能。

また異なる位置に検出対象となる様々な分子を修飾すること,検出に用いる光の波長を変えるだけで異なる分子を一度に検出することも可能となると考えられる。

研究グループは,今後は多種類の金ナノ粒子を融合し,異なるLSPRを発生させることで,高感度のマルチカラーセンサーなどを簡便に作製する技術開発へと繋がることが期待されるとしている。

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