2018年 | プレスリリース?研究成果
メタマテリアル微粒子による超高感度な分析技术を开発 生きた细胞や化学反応溶液の局所的な化学分析の実现に期待
【研究のポイント】
- 近赤外光を吸収して电磁场増强する金ナノ粒子シェルを持つサブミクロンサイズのメタマテリアル微粒子分散液「メタフルイド（メタマテリアル流体）」を実现。
- 电磁场増强作用により微粒子に吸着した分子のラマン散乱を超高感度に検出。
- メタマテリアル微粒子と磁性ナノ粒子とコンポジット化することで特定の部位に移动?集积させ、局所的かつ叁次元的なラマン散乱分析が可能に。
【概要】
东北大学材料科学高等研究所の藪浩准教授（ジュニア笔滨）、平井裕太郎（东北大学大学院工学研究科大学院生?日本学术振兴会特别研究员）、および北海道大学电子科学研究所松尾保孝教授のグループは、金ナノ粒子が配列したシェルを持ち、磁场により移动?集积可能なメタマテリアル注1微粒子の分散液、「メタフルイド」の開発に成功し、可視?近赤外光照射により生じる散乱光を増強する表面増強ラマン分光（Surface-enhanced Raman Spectroscopy: SERS）注2により、超高感度に物质を検出することに成功しました。
光の波长よりも小さいナノメートルサイズの构造を用いて、自然界の物质では実现できない光学特性を持たせた人工物质をメタマテリアルと呼びます。金属ナノ构造の形状や配列を制御して特定の波长の光を吸収させたり、そのエネルギーを利用して、表面に吸着した分子の厂贰搁厂シグナルを増强させる试みがなされてきました。しかしながら従来の金属ナノ构造は半导体微细加工技术などを使用して、二次元平面上に作製されているため、二次元的な情报しか得ることができず、叁次元的な分析を可能にするメタマテリアルを作るのは困难でした。
今回、研究グループはプラスに帯电し、中心部に磁性ナノ粒子を封入したポリマー微粒子に、マイナスに帯电した金ナノ粒子を静电的に吸着させることにより、金ナノ粒子が表面に密に配列したメタマテリアル微粒子を化学的に作製することに成功しました。得られた微粒子は水中に分散させることが可能であり、用いる金ナノ粒子のサイズを変えることにより、可视光?近赤外光を吸収し、吸着した分子のラマン散乱シグナルを着しく増强できることを见いだしました。さらに、磁性ナノ粒子が入っているため、磁石を用いることで特定の位置に移动?集积させることが可能であることを証明しました。
研究グループが开発したメタマテリアル微粒子分散液である「メタフルイド（メタマテリアル流体）注1」は、生体を透过する近赤外光で超高感度なラマン散乱分析が可能なことから、生きた细胞内部の特定の部位における化学分析や、化学反応を溶液中で叁次元的かつ超高感度にその场分析するなどの応用が期待されます。
※画像、映像の有（微粒子の电子顕微镜写真）、无
【用语解説】
注1）メタマテリアル、メタフルイド（メタマテリアル流体）
光の波长よりも十分小さな金属构造により、光の透过?反射?吸収?屈折を自在に制御する光学材料。通常の物质が示さない负の屈折率など、特徴的な光学特性を示し、透明マントの部材としても注目されている。共振型メタマテリアルは光と共振する共振器を金属の微细构造で実现するものであり、共振器一つをメタ原子、メタ原子を液体に分散した物をメタフルイドと呼ぶ。
注2）ラマン散乱分光、表面増强ラマン散乱分光（厂贰搁厂）
入射光に対して散乱した光の成分には、入射光と異なる振動数を持つ物質の構造に特有の情報が含まれており、入射光と散乱光の振動数の差（ラマンシフト）を取ることでどのような構造が物質に含まれているか非破壊で分析することができる。1928年にラマンにより発見された。金属表面では金属表面の電場増強効果によりこのラマン散乱強度が増強されることから、表面増強ラマン散乱分光(Surface-enhanced Raman Spectroscopy: SERS)と呼ばれ、物質の高感度検出に用いられている。
问い合わせ先
＜研究に関すること＞
藪 浩
东北大学材料科学高等研究所
仙台市青叶区片平２丁目１?１
电话：022-217-5996
贰-尘补颈濒：丑颈谤辞蝉丑颈.测补产耻.诲5*迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）
＜报道に関すること＞
东北大学材料科学高等研究所 広報?アウトリーチオフィス
电话：022-217-6146
贰-尘补颈濒：补颈尘谤-辞耻迟谤别补肠丑*驳谤辫.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）