[P-084] アークプラズマ蒸着法による金属ナノ粒子の作製と評価

Takebayashi Masahiro 竹林　聖弘

公開日時

2023/08/03 - PM23:11

更新日時

2023/08/03 - PM23:14

スライド概要

金ナノ粒子は、プラズモンと呼ばれる特異的な光学特性を発現する。この特性は、粒子表面の誘電率変化に敏感であることから、ナノ粒子表面に疾病マーカーに結合するリガンド分子を固定することでバイオセンサへの応用が期待されている。そこで、私は乾式で環境負荷が少ないアークプラズマ蒸着法というナノ粒子作製法を用いて金ナノ粒子を作製し、バイオセンサへの応用を検討している。

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アークプラズマ蒸着法によるAuナノ粒子作製と粒子解析竹林聖弘、川端航遥、池田瞭平、清水智弘、新宮原正三、伊藤健関西大学大学院理工学研究科 E-mail: k798891@kansai-u.ac.jp 研究背景バイオセンサナノ粒子体積に対する表面積の比率（比表面積）がナノ粒子大きく、触媒活性が高い生活習慣病患者が増加傾向疾病を早期発見できるデバイスが必要とされているプラズモンと呼ばれる光学特性を発現する →誘電率変化に敏感であることから、疾病マーカーに結合するリガンド分子を固定することでバイオセンサへの応用が期待されている誰でも簡単にいつでも測定できるバイオセンサが有効死因別にみた死亡率の年次推移 ※高感度、小型、簡便、測定機器のIOT化が求められる生物由来の物質を検出し、それを電気信号や光信号などの物理的な信号に変換するデバイス参考：令和3年(2021)人口動態統計月報年計（概数）の概況｜厚生労働省 APD 動作イメージ測定内容目的 APD(Arc Plasma Deposition)原理・高真空での蒸着・シンプルで簡便・電圧、静電容量、放電回数を変更することで粒子径、蒸着量をデジタルに制御可能 ①簡便に純度の高いナノ粒子の作製が可能なAPDを用いたAuナノ粒子作製とその蒸着特性調査 ②作製したAuナノ粒子の光学特性調査 ③バイオセンサへの応用＜ナノ粒子作製共通条件＞ターゲット Fe 真空度 1.3 × 10-3 Pa 静電容量 2200 μF 周波数 1 Hz [1],[2] 成膜温度室温 ※APDで作製したナノ粒子をバイオセンサに応用されている例は少ない他のナノ粒子作製法との比較ナノ粒子粉砕法粉砕実験結果 STEM 観察結果 5 Number of Pulse [-] 20 10 40 ナノ粒子クラスター廃液処理で環境負荷がかかる安価であるが、粒子径制御が困難 TEM 観察粒子直径・被覆率の算出 APDのメリット化学法（湿式法）還元 or 金属前駆体熱分解金属原子（イオン、錯体）カーボン支持膜グリッド・乾式プロセスで環境負荷が少ない・電圧や放電回数制御により、容易に粒子径制御可能・他の物理蒸着よりも高いエネルギーで蒸着されるため、基板への付着力が高く、凝集に対し安定している粒子直径粒子直径まとめ被覆率単位:[nm] 被覆率まとめ単位:[%] 80 Voltage [V] 70 80 電圧と被覆率 90 100 放電回数と被覆率・放電回数に比例し被覆率が増加・放電回数が増えると、、、 →蒸着レートの低下や粒子の凝集が起きるまとめ・粒子径：電圧、放電回数増加に伴い、大きくなる 𝟏 ・被覆率：総エネルギー( CV²)に応じて上昇 𝟐 C：静電容量[F], V：電圧[V] [3] 今後の予定・ナノ粒子の光学特性調査・具体的な疾病ターゲットを決定し、その疾病マーカーに結合するリガンド分子を金ナノ粒子に固定化する方法を検討する →リガンド分子がマーカーに結合したあとの吸収スペクトルの変化をモニタすることで検量線を得る参考文献 [1]S.H. Kima,et al., Appl. Surface Sci. (2017 )., [2] Y. Agawa, et al., J. Electrochem Soc. (2015). [3] Takeshi Ito, et al, Talanta . (2012).