JP2011058050A - Composite metal nanoparticle and method for producing the same, and multiphoton absorption material or multiphoton absorption reaction auxiliary containing composite metal nanoparticle - Google Patents

Composite metal nanoparticle and method for producing the same, and multiphoton absorption material or multiphoton absorption reaction auxiliary containing composite metal nanoparticle Download PDF

Info

Publication number
JP2011058050A
JP2011058050A JP2009208954A JP2009208954A JP2011058050A JP 2011058050 A JP2011058050 A JP 2011058050A JP 2009208954 A JP2009208954 A JP 2009208954A JP 2009208954 A JP2009208954 A JP 2009208954A JP 2011058050 A JP2011058050 A JP 2011058050A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal
nanoparticles
base metal
nanoparticle
coated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009208954A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Miki
剛 三樹
Tsutomu Sato
勉 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2009208954A priority Critical patent/JP2011058050A/en
Publication of JP2011058050A publication Critical patent/JP2011058050A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Chemically Coating (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a simple method for producing composite metal nanoparticles having both the feature of anisotropically grown particulates which can tune the resonance wavelength and the feature of neighboring particulates which can produce a stronger surface plasmon enhancement field, and to provide a multiphoton absorption material or a multiphoton absorption reaction auxiliary containing the composite metal nanoparticles. <P>SOLUTION: At least part of a base metal (for example, silver) applied on the surface of nanoparticles having shape anisotropy (for example, gold) is replaced with a noble metal (for example, gold) by the difference of ionization tendency in a solution containing ions of a metal nobler than the base metal (for example, gold) which can produce a plasmon enhancement field, thereby forming composite metal nanoparticles. The multiphoton absorption material or reaction auxiliary containing the composite metal nanoparticles is applied, for example, to a three-dimensional multilayer optical memory, a material for light shaping, and a two-photon fluorescent microscope. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、大きなプラズモン増強場を発生させる複合金属ナノ粒子に関し、詳しくは、形状異方性を持つコア粒子の表面に被覆された卑なる金属の一部を、プラズモン増強場を発生させる貴なる金属で置換した複合金属ナノ粒子の製造方法と、それにより得られる複合金属ナノ粒子、および複合金属ナノ粒子を含む多光子吸収材料または多光子吸収反応助剤に関する。   The present invention relates to a composite metal nanoparticle that generates a large plasmon enhancement field, and more particularly, a noble metal that covers a surface of a core particle having shape anisotropy and generates a plasmon enhancement field. The present invention relates to a method for producing composite metal nanoparticles substituted with a metal, composite metal nanoparticles obtained thereby, and a multiphoton absorption material or a multiphoton absorption reaction aid containing the composite metal nanoparticles.

多光子吸収過程の一つである二光子吸収反応を用いると、二光子吸収反応の特徴である励起光強度の二乗に比例した吸収により反応が引き起こされるため、集光された光を用いることにより、集光点でのみ反応を起こすことが可能であることが知られている。すなわち、物質内部の、任意の所望の位置でのみ反応を起こすことが可能であり、更には、集光スポット中心部の光強度の高い部分でのみ光反応を起こすことが可能であるため、回折限界を超える記録への期待が高まっている。   When using the two-photon absorption reaction, which is one of the multiphoton absorption processes, the reaction is caused by absorption proportional to the square of the excitation light intensity, which is a characteristic of the two-photon absorption reaction. It is known that a reaction can be caused only at the focal point. In other words, it is possible to cause a reaction only at an arbitrary desired position inside the substance, and furthermore, it is possible to cause a photoreaction only at a portion where the light intensity is high at the center of the focused spot. Expectations are rising for records that exceed the limits.

しかしながら、二光子吸収反応に代表される多光子吸収反応の吸収断面積は極めて小さく、フェムト秒レーザ等のピーク出力が著しく高く、高価かつ大型のパルスレーザ光源により励起を行うことが必須の条件とされるという問題を有している。このような問題を有していることから、多光子吸収反応の優れた特徴を活かしたアプリケーションの普及を図るためには、前記大型のパルスレーザを必要としない、例えば、半導体レーザにより反応を誘起することが可能な、高感度な多光子吸収材料の開発が不可欠であると言える。   However, the absorption cross section of the multiphoton absorption reaction represented by the two-photon absorption reaction is extremely small, the peak output of a femtosecond laser or the like is remarkably high, and it is essential to perform excitation with an expensive and large pulse laser light source. Have the problem of being. Because of these problems, in order to spread applications that take advantage of the excellent features of multiphoton absorption reaction, the large pulse laser is not required, for example, the reaction is induced by a semiconductor laser. It can be said that development of a highly sensitive multiphoton absorbing material that can be performed is indispensable.

一方、光反応増強手段、いわゆる光反応を増強・増感する手法として、金属表面に励起される表面プラズモン増強場を用いる方法が知られている。例えば、微量の試料を高感度に検出する表面プラズモン顕微鏡を一例として説明する。表面プラズモン増強場は、高屈折率媒体上に成膜された金属薄膜上の表面からたかだか数百nm以下の限られた領域にのみ発生する。この金属薄膜表面に極薄い膜試料を配置することで、表面プラズモン増強場により照射された励起光よりも強い光が当ったのと同様の効果が得られ、光反応、蛍光の増強が得られることが知られている。   On the other hand, as a method for enhancing and sensitizing so-called photoreaction, a method using a surface plasmon enhancement field excited on a metal surface is known. For example, a surface plasmon microscope that detects a very small amount of sample with high sensitivity will be described as an example. The surface plasmon enhancement field is generated only in a limited region of several hundred nm or less from the surface on the metal thin film formed on the high refractive index medium. By placing an ultra-thin film sample on the surface of this metal thin film, the same effect as that obtained when the light stronger than the excitation light irradiated by the surface plasmon enhancement field is obtained, and the photoreaction and fluorescence are enhanced. It is known.

この増感配置法は、高感度な検出は可能であるが、増強場の空間分布は、金属薄膜の形状と励起光での照明可能範囲(金属薄膜を担持する光屈折率媒体の配置と形状に依存)に限られているために、応用は微量の試料を用いた特定の分野(高感度検出法)に限られている。例えば、代表的なプラズモン増強効果をもつ金属薄膜材料として銀を用いることが提案されている(特許文献1参照)。   This sensitization arrangement allows high-sensitivity detection, but the spatial distribution of the enhancement field depends on the shape of the metal thin film and the range that can be illuminated with excitation light (the arrangement and shape of the photorefractive index medium carrying the metal thin film). Application) is limited to a specific field (high-sensitivity detection method) using a small amount of sample. For example, it has been proposed to use silver as a metal thin film material having a typical plasmon enhancing effect (see Patent Document 1).

金属薄膜に対し、金属微粒子により励起されるプラズモン増強場を用いる場合について見ると、金属微粒子表面に励起されるプラズモンは、特許文献1の場合よりも更に広がりが小さい局在プラズモン増強場である。その広がりは金属微粒子の周囲100nm以下の領域に限られている。そのため、粒子表面に吸着した試料を高感度に観測可能な微小プローブとして用いるか、若しくは、局在プラズモン増強場が微小な領域に閉じ込められた伝播しない光であることを利用して金属微粒子を試料近傍で移動することにより得られる信号と位置との関係から観察像を得る微小プローブ顕微鏡として用いられている。   In the case of using a plasmon enhancement field excited by metal fine particles for a metal thin film, the plasmon excited on the surface of the metal fine particles is a localized plasmon enhancement field having a smaller spread than in the case of Patent Document 1. The spread is limited to the region of 100 nm or less around the metal fine particles. For this reason, the sample adsorbed on the particle surface is used as a microprobe that can be observed with high sensitivity, or metal fine particles are sampled by utilizing the non-propagating light confined in a microscopic area. It is used as a microprobe microscope that obtains an observation image from the relationship between the signal and position obtained by moving in the vicinity.

前者(微小プローブ)の場合には、ガラス表面等に付着若しくは配列した金属微粒子表面に存在する試料からの蛍光等を、金属微粒子表面の局在プラズモン増強場により増強、観察している。後者(微小プローブ顕微鏡)の場合は、光の放射圧により微粒子を保持する光ピンセットの原理で微粒子を試料表面でスキャンする等の方法が用いられているが、何れも薄膜表面の分析技術と位置付けられている。   In the former case (microprobe), fluorescence from a sample existing on the surface of metal fine particles attached or arranged on the glass surface or the like is enhanced and observed by a localized plasmon enhancement field on the surface of the metal fine particles. In the case of the latter (microprobe microscope), methods such as scanning microparticles on the surface of the sample using the principle of optical tweezers that holds the microparticles by the radiation pressure of light are used. It has been.

また、観察に用いる波長を選択するために、球形コアセル構造による共鳴波長のチューニングに関する手法が開示されている(特許文献2参照)。しかし、コアとセルの寸法比で共鳴波長が決まるため、特許文献2の手法では、共鳴波長の揃った粒子を再現性良く得ることは難しい。   Moreover, in order to select the wavelength used for observation, the method regarding tuning of the resonant wavelength by a spherical core cell structure is disclosed (refer patent document 2). However, since the resonance wavelength is determined by the dimensional ratio of the core and the cell, it is difficult to obtain particles having the same resonance wavelength with good reproducibility by the method of Patent Document 2.

更には、複数の微粒子間の局在プラズモン増強場を結びつけることにより増強効果をより顕著とする目的から、凝集ナノ粒子を用いる方法が開示されている(特許文献3参照)。つまり、マイクロキャビティー中に凝集ナノ粒子を配置することにより、多光子課程を含む高感度観測を行っている。しかし、特許文献3の方法では、凝集粒子の凝集塊形状を制御することは難しく、凝集塊の散乱の影響が顕著であることから、マイクロキャビティー中など、微小領域での利用に限られている。   Furthermore, a method using aggregated nanoparticles has been disclosed for the purpose of making the enhancement effect more remarkable by connecting localized plasmon enhancement fields between a plurality of fine particles (see Patent Document 3). In other words, high-sensitivity observation including multiphoton process is performed by arranging aggregated nanoparticles in the microcavity. However, in the method of Patent Document 3, it is difficult to control the aggregate shape of the aggregated particles, and the influence of the scattering of the aggregate is significant, so that the method is limited to use in a micro region such as in a microcavity. Yes.

一方で、微小金属球に代わる表面ブラズモン増強場の発生手段として金ナノロッドがある。金ナノロッドは、アスペクト比を変えることによって共鳴波長を変えることができ、540nm程度から近赤外(1100nm程度)までをカバーすることのできる材料である。製造方法の一例として、界面活性剤を含む溶液中での電気化学的反応によって金属ナノロッドを製造することにより、再現性良く、共鳴波長の揃った粒子が得られることが開示されている(特許文献4参照)。
また、金ナノロッドの共鳴波長が揃った微粒子が再現よく得られる性質を利用して、金ナノロッドが発生する表面プラズモン増強場を、二光子吸収材料の増感手法として用いる技術が開示されている(特許文献5参照)。
On the other hand, there is a gold nanorod as means for generating a surface plasmon enhancement field instead of a fine metal sphere. The gold nanorod is a material that can change the resonance wavelength by changing the aspect ratio and can cover from about 540 nm to the near infrared (about 1100 nm). As an example of a production method, it is disclosed that particles having a uniform resonance wavelength can be obtained by producing metal nanorods by an electrochemical reaction in a solution containing a surfactant (Patent Document). 4).
In addition, a technique is disclosed in which a surface plasmon enhancement field generated by a gold nanorod is used as a sensitization method for a two-photon absorption material by utilizing the property that fine particles having the same resonance wavelength of a gold nanorod can be obtained with good reproducibility ( (See Patent Document 5).

また、より増強度の大きな表面プラズモン増強場を得るには、金に換えて銀のナノロッドを用いることが考えられる。例えば、PVP(ポリビニルピロリドン)と硝酸銀の水溶液をマイクロ波加熱し、硝酸銀を熱分解することにより銀ナノロッドを得ることが報告されている(非特許文献1参照)。しかし、非特許文献1では微細な銀ナノロッドが得られてはいるが、球状の銀ナノ粒子の生成は抑制されてはおらず、共鳴波長のそろった銀ナノロッドを得るには至っていない。   Further, in order to obtain a surface plasmon enhancement field having a larger enhancement intensity, it is conceivable to use silver nanorods instead of gold. For example, it has been reported that silver nanorods are obtained by microwave heating an aqueous solution of PVP (polyvinylpyrrolidone) and silver nitrate to thermally decompose silver nitrate (see Non-Patent Document 1). However, in Non-Patent Document 1, although fine silver nanorods are obtained, the formation of spherical silver nanoparticles is not suppressed, and silver nanorods having a uniform resonance wavelength have not been obtained.

また、ポリマー中に硝酸銀を分散し、一軸延伸後に熱分解により銀ナノロッドを析出させることが報告されている(非特許文献2参照)。しかし、非特許文献2の手法では一軸延伸により得られる異方性を持った細孔中に銀ナノロッドが析出するため、得られるロッドは大きく、生産性は低い。   Further, it has been reported that silver nanorods are dispersed in a polymer and silver nanorods are precipitated by thermal decomposition after uniaxial stretching (see Non-Patent Document 2). However, in the method of Non-Patent Document 2, silver nanorods are deposited in pores having anisotropy obtained by uniaxial stretching, so that the obtained rods are large and the productivity is low.

更には、金ナノロッドの成長後、成長溶液中に含まれる余分な界面活性剤を遠心分離で取り除き、硝酸銀を添加し、水酸化ナトリウムでアルカリ性として還元させることにより、金ナノロッドの表面に銀を異方成長させる技術が報告されている(非特許文献3参照)。非特許文献3の方法によれば、金ナノロッドの表面に銀を異方成長させることはできるが、界面活性剤を分離するために遠心分離の工程が必要であること、硝酸銀はアルカリ性では、水酸化銀として沈殿しやすく、pHのコントロールが難しいことなど、未だ問題も多い。   Furthermore, after the growth of the gold nanorods, excess surfactant contained in the growth solution is removed by centrifugation, silver nitrate is added, and the alkali is reduced with sodium hydroxide to reduce the silver on the surface of the gold nanorods. A technique for growing in parallel has been reported (see Non-Patent Document 3). According to the method of Non-Patent Document 3, silver can be anisotropically grown on the surface of the gold nanorod, but a centrifugal separation step is necessary to separate the surfactant, and silver nitrate is alkaline, There are still many problems such as easy precipitation as silver oxide and difficult pH control.

より大きなプラズモン増強場を得る方法として、これまで述べた単一微粒子による増強場ではなく、近接する微粒子間に発生するホットスポットと呼ばれるより大きな増強場を用いる方法が開示されている。しかし、FDTDによるシミュレーション若しくは、平面上に塗布した微粒子の内、偶然に近接した物を観測しているに過ぎない(非特許文献4参照)。   As a method for obtaining a larger plasmon enhancement field, a method using a larger enhancement field called a hot spot generated between adjacent fine particles is disclosed instead of the enhancement field by a single fine particle described so far. However, the simulation is based on FDTD or only close observation of the fine particles applied on the plane is observed (see Non-Patent Document 4).

この改良として、金ナノロッド表面を、離間した銀被膜により被覆し、銀被膜間に発生する増強場を利用する技術も開示されている(特許文献6、7参照)。開示された技術に拠れば、貴なる金属である金ナノロッド上に、卑なる金属である銀を被覆するため、化学還元により作成されている。この製法に拠れば、銀の被覆が成長するのは、還元による銀の過飽和が生じた時のみであり、金ナノロッド表面を、ホットスポットが生じる程度に、密に島状の銀被覆を生成させることは難しく、再現性良くホットスポットを生じる複合粒子を得ることは難しい。   As this improvement, a technique is also disclosed in which the surface of a gold nanorod is coated with a separated silver coating and an enhanced field generated between the silver coatings is used (see Patent Documents 6 and 7). According to the disclosed technique, a gold nanorod, which is a noble metal, is coated with silver, which is a base metal, by chemical reduction. According to this method, the silver coating grows only when silver supersaturation due to reduction occurs, and the surface of the gold nanorod is densely formed to the extent that hot spots are generated. It is difficult to obtain composite particles that generate hot spots with good reproducibility.

大きなプラズモン増強場を発生させる複合金属ナノ粒子の利用方法として、前記複合金属ナノ粒子を含む二光子吸収材料あるいは反応助剤を含む材料が挙げられる。この材料を用いることで、二光子吸収反応の反応閾値を低減したり、あるいは集光点で反応を起こすことが可能であるため、例えば、光記録材料(三次元記録媒体)、光造形用材料、二光子吸収蛍光材料としての応用などが注目されている。   Examples of a method of using composite metal nanoparticles that generate a large plasmon enhancement field include a two-photon absorption material containing the composite metal nanoparticles or a material containing a reaction aid. By using this material, it is possible to reduce the reaction threshold of the two-photon absorption reaction or to cause a reaction at the condensing point. For example, an optical recording material (three-dimensional recording medium), an optical modeling material Application as a two-photon absorption fluorescent material has attracted attention.

例えば、複合金属ナノ粒子と二光子吸収材料を含む三次元光記録媒体(三次元多層光メモリ)の応用が期待される分野について見てみると、最近、インターネット等のネットワークやハイビジョンTVが急速に普及している。また、HDTV(HighDefinitionTelevision)の放映も間近にひかえて、民生用途においても50GB以上、好ましくは100GB以上の画像情報を安価・簡便に記録するための大容量記録媒体の要求が高まっている。更にコンピューターバックアップ用途、放送バックアップ用途等、業務用途においては、1TB程度あるいはそれ以上の大容量の情報を高速かつ安価に記録できる光記録媒体が求められている。そのような中、DVD±Rのような従来の二次元光記録媒体は物理原理上、たとえ記録再生波長を短波長化したとしてもせいぜい25GB程度で、将来の要求に対応できる程の充分大きな記録容量が期待できるとは言えない状況である。   For example, in the field where applications of three-dimensional optical recording media (three-dimensional multilayer optical memory) including composite metal nanoparticles and two-photon absorption materials are expected, recently, networks such as the Internet and high-definition TV have rapidly spread. is doing. In addition, HDTV (High Definition Television) will soon be broadcast, and there is an increasing demand for a large-capacity recording medium for recording image information of 50 GB or more, preferably 100 GB or more inexpensively and easily for consumer use. Furthermore, for business use such as computer backup use and broadcast backup use, an optical recording medium capable of recording large-capacity information of about 1 TB or more at high speed and at low cost is required. Under such circumstances, the conventional two-dimensional optical recording medium such as DVD ± R is about 25 GB at most even if the recording / reproducing wavelength is shortened due to the physical principle, and is sufficiently large enough to meet future demands. It cannot be said that capacity can be expected.

上記のような状況の中、究極の高密度、高容量記録媒体として、三次元光記録媒体が俄然、注目されてきている。三次元光記録媒体は、三次元(膜厚)方向に何十、何百層もの記録を重ねることで、従来の二次元記録媒体の何十、何百倍もの超高密度、超高容量記録を達成しようとするものである。
二光子吸収材料を用いる三次元光記録媒体では、上記で説明した物理原理に基づいて何十、何百倍もの記録、いわゆるビット記録が可能であって、より高密度記録が可能である。このことから、三次元光記録媒体は、まさに究極の高密度、高容量光記録媒体であると言える。
Under the circumstances as described above, a three-dimensional optical recording medium has been attracting attention as an ultimate high-density, high-capacity recording medium. Three-dimensional optical recording media can be recorded in dozens or hundreds of layers in the three-dimensional (film thickness) direction, resulting in tens or hundreds of times the ultra-high density and ultra-high capacity recording of conventional two-dimensional recording media. That is what we are trying to achieve.
In a three-dimensional optical recording medium using a two-photon absorption material, tens or hundreds of times of recording based on the physical principle described above, so-called bit recording is possible, and higher density recording is possible. From this, it can be said that the three-dimensional optical recording medium is an ultimate high-density, high-capacity optical recording medium.

三次元光記録媒体を提供するためには、三次元(膜厚)方向の任意の場所にアクセスして書き込みできなければならないが、その手段として、二光子吸収材料を用いる方法とホログラフィ(干渉)を用いる方法とある。
例えば、二光子吸収材料を用いた三次元元光記録媒体としては、記録再生に蛍光性物質を用いて蛍光で読み取る方法(例えば、特許文献8、9参照)、フォトクロミック化合物を用いて吸収または蛍光で読み取る方法(例えば、特許文献10、11参照)等が提案されている。
In order to provide a three-dimensional optical recording medium, it is necessary to be able to access and write at an arbitrary place in the three-dimensional (film thickness) direction. As a means for this, a method using a two-photon absorption material and holography (interference) There is a method of using.
For example, as a three-dimensional original optical recording medium using a two-photon absorption material, a method of reading with fluorescence using a fluorescent substance for recording and reproduction (for example, see Patent Documents 8 and 9), absorption or fluorescence using a photochromic compound (For example, refer to Patent Documents 10 and 11) and the like have been proposed.

しかし、上記特許文献8、9ではいずれも具体的な二光子吸収材料の記載はなく、また抽象的に提示されている二光子吸収化合物の例でも、二光子吸収効率の極めて小さい二光子吸収化合物を用いている。
更に、上記特許文献10、11に用いているフォトクロミック化合物は可逆材料であるため、非破壊読み出し、記録の長期保存性、再生のS/N比等に問題があり、光記録媒体として実用性のある方式であるとは言えない。特に非破壊読出し、記録の長期保存性等の点では、不可逆材料を用いて反射率(屈折率または吸収率)または発光強度の変化で再生するのが好ましいが、このような機能を有する二光子吸収材料を具体的に開示している例はない。
However, neither of the above-mentioned Patent Documents 8 and 9 describes a specific two-photon absorption material, and even an example of an abstractly presented two-photon absorption compound is a two-photon absorption compound with extremely low two-photon absorption efficiency. Is used.
Further, since the photochromic compounds used in Patent Documents 10 and 11 are reversible materials, there are problems in nondestructive reading, long-term storage stability, S / N ratio of reproduction, and the like, which are practical as optical recording media. It cannot be said that it is a certain method. In particular, in terms of non-destructive readout, long-term storage stability of recording, etc., it is preferable to reproduce by changing the reflectance (refractive index or absorptivity) or emission intensity using an irreversible material. There is no example that specifically discloses the absorbent material.

また、屈折率変調により三次元的に記録する記録装置、および再生装置、読み出し方法等が提案されているが、二光子吸収三次元光記録材料を用いた方法についての記載はない(例えば、特許文献12、13参照)。   In addition, a recording apparatus, a reproducing apparatus, a reading method, and the like that perform three-dimensional recording by refractive index modulation have been proposed, but there is no description of a method using a two-photon absorption three-dimensional optical recording material (for example, a patent) References 12 and 13).

尚、溶液中の金属塩を還元する工程と、金属塩を科学的に還元した溶液に光照射して棒状の金属ナノロッドを生成する方法(例えば、特許文献14参照)や、還元力の差が大きい二種類の還元剤を用いてナノサイズの金属微粒子を生成する方法が(例えば、特許文献15参照)開示されている。しかし、このような製造方法により得られる構成のみではより大きな表面プラズモン増強場が期待できない。
また、金属表面にプラズモン増強場を発生させる金属の微粒子、若しくは当該金属で少なくとも一部が被覆された微粒子が分散されている多光子吸収機能材料が開示されている(例えば、特許文献16参照)。バルク型材料における表面ブラズモン増強場の発生手段として有効な手法であるが、高感度に多光子吸収材料(例えば、二光子吸収材料)を増感したり、多光子吸収材料(例えば、二光子吸収材料)の反応を助長したりするには十分ではない。
Note that there is a difference in reducing power between the step of reducing the metal salt in the solution and the method of generating a rod-shaped metal nanorod by irradiating the solution obtained by scientifically reducing the metal salt (see, for example, Patent Document 14). A method of generating nano-sized metal fine particles using two large reducing agents (for example, see Patent Document 15) is disclosed. However, a larger surface plasmon enhancement field cannot be expected only with the configuration obtained by such a manufacturing method.
Also disclosed is a multiphoton absorption functional material in which fine particles of a metal that generates a plasmon enhancement field on a metal surface or fine particles that are at least partially coated with the metal are dispersed (see, for example, Patent Document 16). . It is an effective method for generating surface plasmon enhancement fields in bulk materials, but it can sensitize multiphoton absorption materials (eg, two-photon absorption materials) with high sensitivity or multiphoton absorption materials (eg, two-photon absorption materials). It is not enough to promote the reaction of the material).

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、共鳴波長をチューニング可能な異方成長した微粒子の特徴と、より強い表面プラズモン増強場の生成が可能な近接微粒子の特徴(近接微粒子間に発生するホットスポットにより大きな表面プラズモン増強場が生ずる)と、を併せ持つ複合金属ナノ粒子を簡略な工程からなる製造方法により、再現性良く、低コストで提供するとともに、複合金属ナノ粒子を含む多光子吸収材料並びに多光子吸収反応助剤を提供する。   The present invention has been made in view of the above prior art, and features of anisotropically grown fine particles capable of tuning the resonance wavelength and features of adjacent fine particles capable of generating a stronger surface plasmon enhancement field (between adjacent fine particles). In addition to providing a composite metal nanoparticle having a large surface plasmon enhancement field due to a hot spot generated in a simple process, it is possible to provide a reproducible and low-cost composite metal nanoparticle with a simple process. A photon absorbing material and a multiphoton absorbing reaction aid are provided.

本発明者らは鋭意検討した結果、以下の〔1〕〜〔11〕に記載する発明によって上記課題が解決されることを見出し本発明に至った。以下、本発明について具体的に説明する。   As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above problems can be solved by the inventions described in the following [1] to [11], and have reached the present invention. Hereinafter, the present invention will be specifically described.

〔1〕:上記課題は、形状異方性を有するナノ粒子の表面に被覆された卑なる金属(卑金属)の少なくとも一部を、プラズモン増強場を発生させ得る、前記卑金属よりも貴なる金属(貴金属)のイオンを含む溶液中でイオン化傾向の違いにより貴金属に置換することを特徴とする複合金属ナノ粒子の製造方法により解決される。   [1]: The above-mentioned problem is that a metal (noble metal) coated on the surface of a nanoparticle having shape anisotropy is capable of generating a plasmon enhancement field, and is a metal nobler than the base metal ( This is solved by a method for producing composite metal nanoparticles characterized in that a noble metal is substituted by a difference in ionization tendency in a solution containing noble metal ions.

〔2〕:上記〔1〕に記載の複合金属ナノ粒子の製造方法において、前記形状異方性を有するナノ粒子を含む分散液を形成するナノ粒子分散液作製工程と、
前記分散液中の形状異方性を有するナノ粒子表面に卑金属を被覆する卑金属被覆ナノ粒子作製工程と、
前記卑金属被覆ナノ粒子の表面を被覆する卑金属の少なくとも一部を、前記貴金属のイオンを含む溶液中、前記卑金属と前記貴金属のイオン化傾向の違いにより貴金属に置換する貴金属置換工程と、
を含むことを特徴とする。
[2]: In the method for producing a composite metal nanoparticle according to [1] above, a nanoparticle dispersion preparation step for forming a dispersion containing nanoparticles having the shape anisotropy;
A base metal-coated nanoparticle production step of coating a base metal on the nanoparticle surface having shape anisotropy in the dispersion;
A noble metal substitution step of substituting at least a part of the base metal coating the surface of the base metal-coated nanoparticles with a noble metal due to a difference in ionization tendency between the base metal and the noble metal in a solution containing the noble metal ions;
It is characterized by including.

〔3〕:上記〔2〕に記載の複合金属ナノ粒子の製造方法の前記貴金属置換工程において、前記卑金属被覆ナノ粒子作製工程で用いた溶液をそのまま用い、該溶液に前記貴金属イオンを含有させて卑金属との置換を行うことを特徴とする。   [3]: In the noble metal substitution step of the method for producing composite metal nanoparticles according to [2] above, the solution used in the base metal-coated nanoparticle production step is used as it is, and the solution contains the noble metal ions. It is characterized by performing substitution with a base metal.

〔4〕:上記〔2〕または〔3〕に記載の複合金属ナノ粒子の製造方法において、前記卑金属被覆ナノ粒子作製工程後に、前記卑金属の表面をシランカップリング剤で処理した後、該卑金属の少なくとも一部を、前記貴金属と置換することを特徴とする。   [4]: In the method for producing composite metal nanoparticles according to [2] or [3] above, after the base metal-coated nanoparticle production step, the surface of the base metal is treated with a silane coupling agent, At least a part of the noble metal is substituted.

〔5〕:上記〔1〕乃至〔4〕のいずれかに記載の複合金属ナノ粒子の製造方法において、前記形状異方性を有するナノ粒子が、金ナノロッドであることを特徴とする。   [5]: The method for producing composite metal nanoparticles according to any one of [1] to [4], wherein the nanoparticles having shape anisotropy are gold nanorods.

〔6〕:上記〔1〕乃至〔5〕のいずれかに記載の複合金属ナノ粒子の製造方法において、前記形状異方性を有するナノ粒子表面に被覆された卑金属が銀であり、前記卑金属の少なくとも一部を置換する貴金属が金であることを特徴とする。   [6]: In the method for producing composite metal nanoparticles according to any one of [1] to [5], the base metal coated on the surface of the nanoparticle having shape anisotropy is silver, and the base metal The precious metal that replaces at least a part is gold.

〔7〕:上記〔5〕または〔6〕に記載の複合金属ナノ粒子の製造方法において、前記形状異方性を有するナノ粒子を含む分散液を形成するナノ粒子分散液作製工程と、前記分散液中の形状異方性を有するナノ粒子表面に卑金属を被覆する卑金属被覆ナノ粒子作製工程と、前記卑金属被覆ナノ粒子の表面を被覆する卑金属の少なくとも一部を、前記貴金属のイオンを含む溶液中、前記卑金属と前記貴金属のイオン化傾向の違いにより貴金属に置換する貴金属置換工程と、を含み、前記卑金属被覆ナノ粒子作製工程における分散液中に、金ナノロッド、硝酸銀、アスコルビン酸およびアミン類を含み、該分散液の還元反応により、前記金ナノロッド表面に銀を異方成長させることを特徴とする。   [7] In the method for producing a composite metal nanoparticle according to [5] or [6] above, a nanoparticle dispersion preparation step for forming a dispersion containing nanoparticles having the shape anisotropy, and the dispersion A base metal-coated nanoparticle preparation step of coating a surface of a nanoparticle having shape anisotropy in a liquid with a base metal, and at least part of the base metal coating the surface of the base metal-coated nanoparticle in a solution containing ions of the noble metal A noble metal substitution step of substituting a noble metal due to a difference in ionization tendency of the base metal and the noble metal, and the dispersion in the base metal-coated nanoparticle production step includes gold nanorods, silver nitrate, ascorbic acid and amines, Silver is anisotropically grown on the gold nanorod surface by a reduction reaction of the dispersion.

〔8〕:上記〔1〕乃至〔7〕のいずれかに記載の複合金属ナノ粒子の製造方法において、前記複合金属ナノ粒子の表面が、絶縁層により被覆されていることを特徴とする。   [8]: The method for producing a composite metal nanoparticle according to any one of [1] to [7], wherein a surface of the composite metal nanoparticle is covered with an insulating layer.

〔9〕:上記課題は、〔1〕乃至〔8〕のいずれかに記載の製造方法により得られる複合金属ナノ粒子であって、
形状異方性を有するナノ粒子の表面に被覆された卑金属の少なくとも一部が、プラズモン増強場を発生させ得る、前記卑金属よりも貴なる金属(貴金属)により置換されてなることを特徴とする複合金属ナノ粒子により解決される。
[9]: The above problem is a composite metal nanoparticle obtained by the production method according to any one of [1] to [8],
A composite characterized in that at least a part of a base metal coated on the surface of a nanoparticle having shape anisotropy is substituted with a metal (noble metal) nobler than the base metal capable of generating a plasmon enhancement field. Solved by metal nanoparticles.

〔10〕:上記課題は、〔1〕乃至〔8〕のいずれかに記載の製造方法により得られる複合金属ナノ粒子を含むことを特徴とする多光子吸収材料により解決される。   [10] The above-mentioned problem is solved by a multiphoton absorbing material comprising composite metal nanoparticles obtained by the production method according to any one of [1] to [8].

〔11〕:上記課題は、〔1〕乃至〔8〕のいずれかに記載の製造方法により得られる複合金属ナノ粒子を含むことを特徴とする多光子吸収反応助剤により解決される。   [11]: The above-mentioned problem is solved by a multiphoton absorption reaction auxiliary agent comprising composite metal nanoparticles obtained by the production method according to any one of [1] to [8].

本発明によれば、共鳴波長をチューニング可能な異方成長した微粒子の特徴と、より強い表面プラズモン増強場の生成が可能な近接微粒子の特徴とを併せ持つ複合金属ナノ粒子を、簡略な工程で、再現性良く、かつ低コストで提供することができる。すなわち、形状異方性を有するナノ粒子(コア粒子)の表面を被覆する卑なる金属(卑金属)被膜の少なくとも一部を、貴なる金属(貴金属:プラズモン増強場を発生)で置換することによって形成される離間された粒子間(近接微粒子間:ホットスポット)において発生するより大きな表面プラズモン増強場が利用可能となる。
本発明の複合金属ナノ粒子の有するプラズモン増強場は、高感度に多光子吸収材料(例えば、二光子吸収材料)を増感したり、多光子吸収材料(例えば、二光子吸収材料)の反応を助長したりすることができる。つまり従来に比較して、多光子吸収感度(例えば、二光子吸収感度)が高くなるため、高速で増感したり反応を助長することが可能になる。
また、多光子吸収材料に照射する光の強度を強くする必要がなくなり、材料の劣化、破壊を抑制することができ、材料中の他成分の特性に対する悪影響も抑制することができる。励起光源として小型で安価なレーザ光源が使用できるため、大量生産可能な実用用途への展開が可能となる。応用分野として、例えば、三次元多層光メモリへの応用、光造形用材料への応用、二光子蛍光顕微鏡への応用などが挙げられる。
本発明における、卑金属被覆ナノ粒子作製工程における分散液中に、金ナノロッド、硝酸銀、アスコルビン酸およびアミン類を含み、該分散液の還元反応により、前記金ナノロッド表面に銀を異方成長させることができ、例えば、高濃度の界面活性剤下に分散された金ナノロッド成長溶液中で、そのまま銀を金ナノロッドの特定の結晶面上に選択的に成長させることができる。このような銀被覆ナノロッドにおける銀の少なくとも一部を、貴金属(例えば、金)を用いて、イオン化傾向の違いにより貴金属に置換すれば、より大きな表面プラズモン増強場が発生するホットスポット(近接微粒子間)が形成され、幅広い波長域に共鳴波長をチューニングすることができる光反応の増強手段としての機能を発揮することができる。本発明になる複合金属ナノ粒子と多光子吸収材料を組み合せて用いれば、高感度な光反応過程を要する様々な反応の実現を安価な手段により解決することが可能となる。
According to the present invention, a composite metal nanoparticle having both the characteristics of anisotropically grown fine particles capable of tuning the resonance wavelength and the characteristics of adjacent fine particles capable of generating a stronger surface plasmon enhancement field, in a simple process, It can be provided with good reproducibility and at low cost. That is, it is formed by replacing at least part of the base metal (base metal) film covering the surface of the nanoparticle (core particle) having shape anisotropy with the noble metal (precious metal: generating a plasmon enhancement field). A larger surface plasmon enhancement field generated between the separated particles (between adjacent fine particles: hot spots) can be used.
The plasmon enhancement field of the composite metal nanoparticle of the present invention sensitizes a multiphoton absorbing material (for example, a two-photon absorbing material) with high sensitivity or reacts a multiphoton absorbing material (for example, a two-photon absorbing material). Can be encouraged. In other words, since multiphoton absorption sensitivity (for example, two-photon absorption sensitivity) is higher than in the past, sensitization and reaction can be accelerated at high speed.
In addition, it is not necessary to increase the intensity of light applied to the multiphoton absorbing material, so that deterioration and destruction of the material can be suppressed, and adverse effects on the characteristics of other components in the material can also be suppressed. Since a small and inexpensive laser light source can be used as an excitation light source, it is possible to develop a practical application capable of mass production. Application fields include, for example, application to a three-dimensional multilayer optical memory, application to a material for optical modeling, application to a two-photon fluorescence microscope, and the like.
In the present invention, the dispersion in the base metal-coated nanoparticle production step contains gold nanorods, silver nitrate, ascorbic acid and amines, and silver is anisotropically grown on the gold nanorod surface by a reduction reaction of the dispersion. For example, silver can be selectively grown on a specific crystal plane of the gold nanorod as it is in a gold nanorod growth solution dispersed under a high-concentration surfactant. If at least a part of silver in such a silver-coated nanorod is replaced with a noble metal due to a difference in ionization tendency using a noble metal (for example, gold), a hot spot that generates a larger surface plasmon enhancement field (between adjacent fine particles) ) And can function as a photoreaction enhancement means that can tune the resonance wavelength over a wide wavelength range. If the composite metal nanoparticle and the multiphoton absorption material according to the present invention are used in combination, it is possible to solve various reactions requiring a highly sensitive photoreaction process by an inexpensive means.

本発明の複合金属ナノ粒子を含有する多光子吸収材料の三次元記録媒体への応用を説明するためのシステム概略図(a)および記録媒体の概略断面図(b)である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a system schematic diagram (a) and a schematic cross-sectional view (b) of a recording medium for explaining application of a multiphoton absorption material containing composite metal nanoparticles of the present invention to a three-dimensional recording medium. 本発明の複合金属ナノ粒子(反応助剤)を含有する多光子吸収材料の光造形用材料への応用を説明するための光造形システムを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the optical modeling system for demonstrating the application to the material for optical modeling of the multiphoton absorption material containing the composite metal nanoparticle (reaction adjuvant) of this invention. 本発明の複合金属ナノ粒子を含有する多光子吸収材料の二光子励起レーザ走査顕微鏡(二光子蛍光顕微鏡)への応用を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the application to the two-photon excitation laser scanning microscope (two-photon fluorescence microscope) of the multiphoton absorption material containing the composite metal nanoparticle of this invention.

前述のように本発明における複合金属ナノ粒子の製造方法は、形状異方性を有するナノ粒子の表面に被覆された卑なる金属(卑金属)の少なくとも一部を、プラズモン増強場を発生させ得る、前記卑金属よりも貴なる金属(貴金属)のイオンを含む溶液中でイオン化傾向の違いにより貴金属に置換することを特徴とするものである(本発明〔1〕)。
また、形状異方性を有するナノ粒子の表面に被覆された卑なる金属(卑金属)の少なくとも一部を、プラズモン増強場を発生させ得る、前記卑金属よりも貴なる金属(貴金属)のイオンを含む溶液中でイオン化傾向の違いにより貴金属に置換する複合金属ナノ粒子の製造方法において、
前記形状異方性を有するナノ粒子を含む分散液を形成するナノ粒子分散液作製工程と、
前記分散液中の形状異方性を有するナノ粒子表面に卑金属を被覆する卑金属被覆ナノ粒子作製工程と、
前記卑金属被覆ナノ粒子の表面を被覆する卑金属の少なくとも一部を、前記貴金属のイオンを含む溶液中、前記卑金属と前記貴金属のイオン化傾向の違いにより貴金属に置換する貴金属置換工程と、を含むことを特徴とするものである(本発明〔2〕)。
As described above, the method for producing composite metal nanoparticles in the present invention can generate a plasmon enhancement field on at least a part of a base metal (base metal) coated on the surface of nanoparticles having shape anisotropy, In the solution containing ions of a metal (noble metal) that is nobler than the base metal, the noble metal is substituted by a difference in ionization tendency (the present invention [1]).
In addition, at least a part of a base metal (base metal) coated on the surface of the nanoparticle having shape anisotropy includes ions of a metal (noble metal) nobler than the base metal capable of generating a plasmon enhancement field. In the method for producing composite metal nanoparticles that are replaced with noble metals by the difference in ionization tendency in solution,
A nanoparticle dispersion preparing step of forming a dispersion containing nanoparticles having the shape anisotropy;
A base metal-coated nanoparticle production step of coating a base metal on the nanoparticle surface having shape anisotropy in the dispersion;
A noble metal substitution step of substituting at least a part of the base metal that coats the surface of the base metal-coated nanoparticles with a noble metal due to a difference in ionization tendency between the base metal and the noble metal in a solution containing ions of the noble metal. It is a characteristic (the present invention [2]).

金属ナノ粒子の周りには、粒子の極近傍に局在した局在プラズモン増強場が発生する。その局在プラズモン増強場の増強度は、粒子の形状と金属の種類に依存する。例えば、増強効果の大きなナノ粒子として知られているものに、棒状の微粒子がある。棒状の金属微粒子の最も大きな増強度を示す波長は、金属種とアスペクト比により決まる共鳴波長である。すなわち、球形状の微粒子に始まって、アスペクト比が大きいほど長波長側に共鳴波長はシフトすると共に、球状の微粒子に比較し大きな増強度を示す。従って、所望の波長において高い増強効果を示す金属微粒子を得るには、材料金属とアスペクト比の選択が重要である。   Around the metal nanoparticles, a localized plasmon enhancement field localized near the particle is generated. The enhancement of the localized plasmon enhancement field depends on the particle shape and metal type. For example, rod-shaped fine particles are known as nanoparticles having a large enhancement effect. The wavelength exhibiting the greatest enhancement of the rod-shaped metal fine particles is the resonance wavelength determined by the metal species and the aspect ratio. That is, starting from spherical fine particles, the resonance wavelength shifts to the longer wavelength side as the aspect ratio increases, and the intensity increases as compared with spherical fine particles. Therefore, in order to obtain metal fine particles exhibiting a high enhancement effect at a desired wavelength, it is important to select a material metal and an aspect ratio.

このような目的に従来は、アスペクト比や粒子の大きさが揃い、かつ、高い増強度を示す材料として金ナノロッドが用いられてきた。また、比較的容易に所望のアスペクト比を選択的に得ることが可能なナノ粒子を結晶成長の核として結晶成長を行うことで、再現性良く幅広い金属の高アスペクト比ナノ粒子を得ることを目的として、異種金属で被覆する(等方的な成長・析出)ことが検討されてきた。しかし、被覆金属のプラズモン吸収が支配的になるには被覆金属の膜厚が厚い領域に限られ、コア粒子に比較し、可視域での散乱の大きな粒子となっていた。   Conventionally, for this purpose, gold nanorods have been used as a material having a uniform aspect ratio and particle size and high strength. In addition, it is aimed to obtain high-aspect-ratio nanoparticles of a wide range of metals with good reproducibility by performing crystal growth using nanoparticles that can selectively obtain a desired aspect ratio relatively easily. As a result, it has been studied to coat with dissimilar metals (isotropic growth / precipitation). However, the plasmon absorption of the coated metal is dominant only in the region where the film thickness of the coated metal is thick, and the particles are larger in the visible region than the core particles.

ナノ粒子を異種金属で被覆するのに対し、被覆金属を島状に離間することによって最小限の体積で(近接微粒子間に)より大きなプラズモン増強効果が得られ、可視光の散乱も十分抑制される。このような島状に離間された構造を有する被覆金属の作成方法として、これまで析出方法が検討されてきたが、析出方法では島状に離間する構成(近接微粒子構成)とするのは難しく、これに代わる方法が必要とされていた。本発明者らが鋭意検討した結果、析出方法に代えて、前述のようにイオン化傾向の違いを利用した被覆金属の部分置換がより有効であることを見出した。   In contrast to coating nanoparticles with dissimilar metals, separating the coated metals in islands provides a greater plasmon enhancement effect with minimal volume (between adjacent particles), and also suppresses visible light scattering sufficiently. The As a method for producing a coated metal having such a structure separated in an island shape, a deposition method has been studied so far, but it is difficult to form a configuration (adjacent fine particle configuration) separated in an island shape in the deposition method, An alternative method was needed. As a result of intensive studies by the present inventors, it has been found that partial substitution of the coated metal using the difference in ionization tendency as described above is more effective in place of the precipitation method.

上記のように、本発明の製造方法によれば、共鳴波長をチューニング可能な異方成長した微粒子とする、形状異方性の付与に最適な工程と、より強い表面プラズモン増強場の生成が可能な近接微粒子構成とする、プラズモン増強機能の発現に最適な工程とを含むため、幅広い波長域において利用可能で、かつ高強度な近接場発生源としての機能を備えた複合金属ナノ粒子が得られる。
本発明の製造方法によれば、幅広い材質の選択、例えば、形状異方性を有するナノ粒子の被覆金属が銀であれば、少なくとも銀の一部を置換する金属として、金や白金が利用可能であり、更には、形状異方性を有するナノ粒子の表面に銀よりも卑なる金属が被覆されていれば、金や白金に加えて銀も置換する金属として利用することが可能である。また、再現性良く幅広い金属の高アスペクト比のナノ粒子を得ることができる。
すなわち、本発明の方法により製造された複合金属ナノ粒子は、幅広い波長域において利用可能な近接場発生源の機能を有するため、これを用いることによって高感度な多光子吸収材料および反応助剤が得られ、多光子過程を活かした様々な応用が可能となる。
As described above, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to produce an anisotropically grown fine particle that can tune the resonance wavelength, an optimal process for imparting shape anisotropy, and a stronger surface plasmon enhancement field. It is possible to obtain composite metal nanoparticles that can be used in a wide wavelength range and have a function as a high-intensity near-field generation source. .
According to the production method of the present invention, a wide range of materials can be selected, for example, if the metal coated with nanoparticles having shape anisotropy is silver, gold or platinum can be used as a metal that replaces at least a part of silver. Furthermore, if the surface of the nanoparticle having shape anisotropy is coated with a metal lower than silver, it can be used as a metal that replaces silver in addition to gold and platinum. In addition, a wide range of metal high aspect ratio nanoparticles can be obtained with good reproducibility.
That is, since the composite metal nanoparticles produced by the method of the present invention have a function of a near-field generation source that can be used in a wide wavelength range, a highly sensitive multiphoton absorption material and reaction aid can be obtained by using this. As a result, various applications utilizing the multiphoton process become possible.

形状異方性を有するナノ粒子(コア粒子)は、形状異方性を持っていれば特に限定するものではないが、光の散乱損失を低減するためには、対象とする波長よりも小さいことが重要である。また、光との相互作用を強めるには、アスペクト比の選択も重要である。微細、かつアスペクト比を容易に選択可能な材料系として、金ナノロッドが知られている。
本発明の複合金属ナノ粒子の製造方法における上記形状異方性を有するナノ粒子(コア粒子)として、金ナノロッドが好ましく用いられる(本発明〔5〕)。
金ナノロッドの有する容易に微細かつアスペクト比の揃った粒子が得られるという特徴により、励起波長に最適化された、大きな増強度を持つプラズモン増強場が安価に量産可能となる。また、この増強場を用いることで、高感度な多光子吸収過程を安価に提供することが可能となる。
Nanoparticles (core particles) having shape anisotropy are not particularly limited as long as they have shape anisotropy, but in order to reduce light scattering loss, they must be smaller than the target wavelength. is important. In addition, the selection of the aspect ratio is important for enhancing the interaction with light. Gold nanorods are known as a material system that is fine and can easily select an aspect ratio.
Gold nanorods are preferably used as the nanoparticles having the shape anisotropy (core particles) in the method for producing composite metal nanoparticles of the present invention (the present invention [5]).
Due to the characteristics of gold nanorods that can easily obtain fine particles with uniform aspect ratio, it is possible to mass-produce a plasmon enhancement field optimized for the excitation wavelength and having a large enhancement intensity at low cost. In addition, by using this enhanced field, it is possible to provide a highly sensitive multiphoton absorption process at low cost.

また、形状異方性を有するナノ粒子(コア粒子)を被覆する卑なる金属(卑金属)被膜も、不動態膜の成生等により、イオン化傾向の差による置換を妨げなければどのような金属でも使用可能であるが、金ナノロッド上に薄い膜を作り、かつ、プラズモン増強場を発生させる貴なる金属より卑なる金属であることが必要であることは言うまでも無い。このような金属の一例として、銀が挙げられる。   In addition, the base metal (base metal) film covering the nanoparticle (core particle) having shape anisotropy can be any metal as long as it does not prevent substitution due to the difference in ionization tendency due to the formation of a passive film. Although it can be used, it goes without saying that it is necessary to form a thin film on the gold nanorod and to be a metal that is baser than the noble metal that generates the plasmon enhancement field. An example of such a metal is silver.

本発明の複合金属ナノ粒子の製造方法における工程では、卑金属被覆ナノ粒子作製工程において得られた卑金属被覆ナノ粒子を含む分散液(典型的には水溶液)に、置換する貴なる金属(貴金属:例えば、金)のイオンを含む溶液(例えば、塩化金酸水溶液)を加えることにより、酸性下で反応が進み、貴金属が卑なる金属を置換しながら島状に離間した構造(近接微粒子構成)のプラズモン増強場が生成する。最終形態である複合金属ナノ粒子の前段階であるコア粒子表面を卑なる金属で被覆した卑金属被覆ナノ粒子も、被覆金属により粒子の形状・粒径の制御性等に影響がある。発明者らは、被覆金属として銀が有効であり、また、置換金属として金が所望の形状を得るために有効であることを見出した。
すなわち本発明においては、上記形状異方性を有するナノ粒子(例えば、金ナノロッド)表面に被覆される卑金属として銀を用い、前記卑金属の少なくとも一部を置換する貴金属として金を用いることが好適である(本発明〔6〕)。
このような構成とすれば、本発明〔1〕の作用効果に加え、貴金属特有の化学的・物理的安定性により、大きな増強度が長期間に渡り安定に発揮される。従って、安定に効率的な光反応課程を提供することが可能となる。
In the step of the method for producing composite metal nanoparticles of the present invention, a noble metal (noble metal: for example, a substitute) is added to the dispersion (typically an aqueous solution) containing the base metal-coated nanoparticles obtained in the base metal-coated nanoparticle production step. , Gold) ions (for example, chloroauric acid aqueous solution) are added, and the reaction proceeds under acidity, and the plasmon has a structure in which the noble metal is separated into islands while replacing the base metal (adjacent fine particle configuration). An enhancement field is generated. Base metal-coated nanoparticles in which the core particle surface, which is the previous stage of the composite metal nanoparticles as the final form, is coated with a base metal also has an influence on the controllability of the shape and particle size of the particles by the coating metal. The inventors have found that silver is effective as a coating metal, and that gold is effective as a replacement metal to obtain a desired shape.
That is, in the present invention, it is preferable to use silver as a base metal coated on the surface of the nanoparticle having shape anisotropy (for example, a gold nanorod) and use gold as a noble metal replacing at least a part of the base metal. Yes (present invention [6]).
With such a configuration, in addition to the function and effect of the present invention [1], a large increase in strength can be stably exhibited over a long period of time due to the chemical and physical stability unique to noble metals. Therefore, it is possible to provide a stable and efficient photoreaction process.

また、前記卑金属被覆ナノ粒子作製工程において、金ナノロッド、硝酸銀、アスコルビン酸およびアミン類を含む分散液の還元反応により、前記金ナノロッド表面に銀を異方成長させることができる(本発明〔7〕)。   In the base metal-coated nanoparticle preparation step, silver can be anisotropically grown on the gold nanorod surface by a reduction reaction of a dispersion containing gold nanorods, silver nitrate, ascorbic acid and amines (this invention [7] ).

また、前記貴金属置換工程(置換工程)において、前記卑金属被覆ナノ粒子作製工程で用いた溶液をそのまま(置換前の卑金属被覆ナノ粒子が成長した溶液のまま)用い、該溶液に前記貴金属イオンを含有させて卑金属との置換を行うことができる(本発明〔3〕)。
置換工程における、卑なる被覆金属と貴なる置換金属のイオン化傾向の違いに基づく置換反応の速度コントロールを、卑金属被覆ナノ粒子の分散性を制御する分散剤層により行うことで、簡略化された工程で安価に、近接微粒子構成によるホットスポットが生成でき、高強度な増強場が提供可能となる。従って、効率的な光反応課程を、より幅広い反応条件・応用製品に対して提供することが可能となる。
Further, in the noble metal substitution step (substitution step), the solution used in the base metal-coated nanoparticle production step is used as it is (the solution in which the base metal-coated nanoparticles before the growth are grown), and the solution contains the noble metal ions. Thus, substitution with a base metal can be performed (the present invention [3]).
Simplified process by controlling the rate of the substitution reaction based on the difference in ionization tendency between the base metal and the noble metal in the substitution process by the dispersant layer that controls the dispersibility of the base metal-coated nanoparticles. Thus, a hot spot can be generated at a low cost due to the configuration of the adjacent fine particles, and a high-intensity enhancement field can be provided. Therefore, it is possible to provide an efficient photoreaction process for a wider range of reaction conditions and applied products.

また、前記卑金属被覆ナノ粒子作製工程後に、前記卑金属の表面をシランカップリング剤で処理した後、該卑金属の少なくとも一部を、前記貴金属と置換することすることができる(本発明〔4〕)。
前記置換前の卑金属被覆ナノ粒子を覆う分散剤層は、一般に卑金属被覆ナノ粒の成長場としての特質が優先された組成である。卑金属の表面をシランカップリング剤で被覆することで、貴金属置換後の微粒子間の絶縁性が付与されるため、貴金属置換後の微粒子間距離を狭め、より大きなプラズモン増強場を発生させることが可能となる。更に、シランカップリング剤処理により、卑金属被覆ナノ粒子表面に意図的に置換効率の異なる部位を形成することで、複数の部位に離間された置換金属粒子を有する複合金属ナノ粒子が再現性良く得られる。
尚、シランカップリング剤処理において、意図的にシランカップリング剤の処理濃度を希釈するなどして被覆処理を粗にすることもできるが、卑金属の表面全体をシランカップリング剤で覆っても、前記卑金属と前記貴金属との置換反応における所謂イオンの物質移動は可能であり、本発明の複合金属ナノ粒子が得られる。
In addition, after the base metal-coated nanoparticle production step, the surface of the base metal is treated with a silane coupling agent, and at least a part of the base metal can be replaced with the noble metal (the present invention [4]). .
The dispersant layer covering the base metal-coated nanoparticles before the substitution generally has a composition in which priority is given to characteristics as a growth field of the base metal-coated nanoparticles. By covering the surface of the base metal with a silane coupling agent, the insulation between the fine particles after the noble metal substitution is given, so the distance between the fine particles after the noble metal substitution can be reduced and a larger plasmon enhancement field can be generated. It becomes. In addition, composite metal nanoparticles with substituted metal particles spaced apart at multiple sites can be obtained with good reproducibility by intentionally forming sites with different substitution efficiencies on the surface of the base metal-coated nanoparticles by silane coupling agent treatment. It is done.
In addition, in the silane coupling agent treatment, the coating treatment can be roughened by intentionally diluting the treatment concentration of the silane coupling agent, but even if the entire surface of the base metal is covered with the silane coupling agent, So-called ion mass transfer in the substitution reaction between the base metal and the noble metal is possible, and the composite metal nanoparticles of the present invention are obtained.

また、本発明の複合金属ナノ粒子の表面が、絶縁層により被覆されていることが好ましい(本発明〔8〕)。
複合金属ナノ粒子表面が絶縁層により被覆されていることで、複合金属ナノ粒子と多光子吸収材料とが隔てられ、多光子吸収材料に吸収されたエネルギーが失活されることなく反応に利用されるために高収率な反応系となる。即ち、複合金属ナノ粒子表面に絶縁層を被覆することにより、光エネルギーの伝達は維持されたまま、多光子吸収材料の反応効率の低下(励起された反応キャリアのリークに因むクエンチによる低下)を抑制し、高感度、高効率の増強場を提供可能とする。このため、効率的な光反応課程を、より幅広い反応条件・応用製品に対して提供することが可能となる。
Moreover, it is preferable that the surface of the composite metal nanoparticle of this invention is coat | covered with the insulating layer (this invention [8]).
Since the surface of the composite metal nanoparticle is covered with an insulating layer, the composite metal nanoparticle and the multiphoton absorbing material are separated, and the energy absorbed by the multiphoton absorbing material is used for the reaction without being deactivated. Therefore, the reaction system becomes a high yield. That is, by coating the surface of the composite metal nanoparticles with an insulating layer, the reaction efficiency of the multiphoton absorbing material is reduced while the transmission of light energy is maintained (decrease due to quenching due to leakage of excited reaction carriers). It is possible to provide an enhanced field with high sensitivity and high efficiency. For this reason, it is possible to provide an efficient photoreaction process for a wider range of reaction conditions and applied products.

ここで述べる絶縁層は、例えば、シランカップリング剤の吸着膜のような、比較的薄い膜、場合に拠っては単一分子膜でもよく、また、金属の酸化膜等でも絶縁層として機能するものであればよい。更には、置換されずに残った金属被膜を酸化し、絶縁膜としてもよい。但し、ここで述べる絶縁膜は、完全に絶縁する必要は無く、多光子吸収材料が吸収したエネルギーが複合金属ナノ粒子に吸収されることにより不活性化することを防ぐことが目的であるので、この目的に合っていれば本発明の構成の範囲内とする。   The insulating layer described here may be, for example, a relatively thin film such as an adsorption film of a silane coupling agent, or a monomolecular film depending on the case, and a metal oxide film or the like functions as an insulating layer. Anything is acceptable. Furthermore, the metal film remaining without being replaced may be oxidized to form an insulating film. However, the insulating film described here does not need to be completely insulated, and is intended to prevent inactivation by absorbing the energy absorbed by the multiphoton absorption material into the composite metal nanoparticles, If it meets this purpose, it is within the scope of the configuration of the present invention.

前記製造方法により、形状異方性を有するナノ粒子の表面に被覆された卑金属の少なくとも一部が、プラズモン増強場を発生させ得る、前記卑金属よりも貴なる金属(貴金属)により置換されてなる複合金属ナノ粒子が得られる(本発明〔9〕)。
本発明の複合金属ナノ粒子は、共鳴波長をチューニング可能な異方成長した微粒子の特徴と、より強い表面プラズモン増強場の生成が可能な近接微粒子の特徴とを併せ持つため、この複合金属ナノ粒子を含む多光子吸収材料(例えば、二光子吸収材料)とすれば、複合金属ナノ粒子により得られるプラズモン増強場により、あたかもより強度の高い反応励起光が当ったのと同様の反応が起こり(高感度化)、また、前記複合金属ナノ粒子を含む多光子吸収反応助剤とすれば、同様に多光子吸収材料(例えば、二光子吸収材料)の反応を助長することができ、最終的に所望とする反応を高感度に誘起することができる(本発明〔10、11〕)。
A composite in which at least a part of the base metal coated on the surface of the nanoparticle having shape anisotropy is replaced with a metal (noble metal) nobler than the base metal capable of generating a plasmon enhancement field by the manufacturing method. Metal nanoparticles are obtained (the present invention [9]).
The composite metal nanoparticles of the present invention have both the characteristics of anisotropically grown fine particles that can tune the resonance wavelength and the characteristics of adjacent fine particles that can generate a stronger surface plasmon enhancement field. If the multi-photon absorption material (for example, two-photon absorption material) is included, the plasmon enhancement field obtained by the composite metal nanoparticles causes a reaction similar to that of a higher intensity excitation light (high sensitivity) In addition, if the multiphoton absorption reaction assistant containing the composite metal nanoparticles is used, the reaction of the multiphoton absorption material (for example, a two-photon absorption material) can be promoted in the same manner. Can be induced with high sensitivity (the present invention [10, 11]).

前述のような、プラズモン増強場を持つ複合金属ナノ粒子を含む多光子吸収材料あるいは反応助剤を含む材料が、安定な分散溶液および塗布或いはキャスティング可能な混合物として提供されることにより、多光子吸収反応の反応閾値が下がることで、これまでに無い様々な応用が可能となる。
以下応用につて例示するが、多光子吸収材料の代表例として主に二光子吸収材料を採り上げて説明する。
A multiphoton absorbing material including a composite metal nanoparticle having a plasmon-enhanced field as described above or a material including a reaction aid is provided as a stable dispersion solution and a mixture that can be applied or cast, thereby allowing multiphoton absorption. By lowering the reaction threshold value of the reaction, various unprecedented applications are possible.
The application will be exemplified below, but a two-photon absorption material will be mainly described as a representative example of the multiphoton absorption material.

〔複合金属ナノ粒子を含有する二光子吸収材料を用いた三次元多層光メモリへの応用〕
先ず、本発明の複合金属ナノ粒子を含有する多光子吸収材料(二光子吸収材料)の三次元記録媒体(三次元多層光メモリ)への応用について説明する。
[Application to three-dimensional multilayer optical memory using two-photon absorption material containing composite metal nanoparticles]
First, application of the multiphoton absorption material (two-photon absorption material) containing the composite metal nanoparticles of the present invention to a three-dimensional recording medium (three-dimensional multilayer optical memory) will be described.

背景技術で述べたように、非共鳴二光子吸収により得た励起エネルギーを用いて反応を起こし、その結果レーザ焦点(記録)部と非焦点(非記録)部で、光を照射した際の発光強度を、書き換えできない方式で変調することができれば、三次元空間の任意の場所に極めて高い空間分解能で発光強度変調を起こすことができ、究極の高密度記録媒体と考えられる三次元光記録媒体への応用が可能となる。更に、非破壊読み出しが可能で、かつ不可逆材料であるため良好な保存性も期待でき実用的である。   As described in the background art, a reaction is caused by using excitation energy obtained by non-resonant two-photon absorption, and as a result, light emission when light is irradiated at the laser focus (recording) part and non-focus (non-recording) part. If the intensity can be modulated by a method that cannot be rewritten, the emission intensity can be modulated at an extremely high spatial resolution at any location in the three-dimensional space, leading to a three-dimensional optical recording medium that is considered the ultimate high-density recording medium. Can be applied. Furthermore, non-destructive reading is possible, and since it is an irreversible material, good storage stability can be expected and it is practical.

しかし、現時点で利用可能な二光子吸収化合物では、二光子吸収能が低いため、光源としては非常に高出力のレーザが必要で、かつ記録時間も長くかかる。特に、三次元光記録媒体に使用するためには、速い転送レート達成のために高感度にて発光能の違いによる記録を二光子吸収により行うことができる二光子吸収三次元光記録材料の構築が必須である。そのためには、高効率に二光子を吸収し励起状態を生成することができる二光子吸収材料(二光子吸収化合物)と、二光子吸収化合物の励起状態を用いて何らかの方法にて二光子吸収光記録材料の発光能の違いを効率的に形成できる記録成分を含む材料が有力であるが、そのような材料は今までほとんど開示されておらず、そのような材料の構築が望まれていた。   However, the currently available two-photon absorption compounds have a low two-photon absorption capability, so that a very high-power laser is required as a light source and a long recording time is required. In particular, for use in three-dimensional optical recording media, construction of a two-photon absorption three-dimensional optical recording material that can perform high-sensitivity, high-luminance recording by two-photon absorption to achieve a fast transfer rate. Is essential. For that purpose, two-photon absorption light (two-photon absorption compound) that can absorb two-photons with high efficiency and generate an excited state, and two-photon absorption light by some method using the excited state of the two-photon absorption compound. A material containing a recording component capable of efficiently forming a difference in light emitting ability of a recording material is promising, but such a material has hardly been disclosed so far, and the construction of such a material has been desired.

すなわち、本発明の複合金属ナノ粒子を含有する高感度な二光子吸収材料を用いることにより、その二光子吸収を利用して記録を行った後、記録材料に光を照射してその発光強度の違いを検出するか、または、屈折率変化による反射率の変化を検出することにより再生することが可能である。つまり、本発明の複合金属ナノ粒子を含有する高感度な二光子吸収材料を用いることによって、二光子吸収光記録再生方法、およびそのような記録再生が可能な二光子吸収光記録材料を提供することができる。更に、それらを用いた二光子吸収三次元光記録材料、ならびに二光子吸収三次元光記録方法および再生方法を提供することができる。   That is, by using a highly sensitive two-photon absorption material containing the composite metal nanoparticles of the present invention, after recording using the two-photon absorption, the recording material is irradiated with light and the emission intensity is increased. It is possible to reproduce by detecting a difference or detecting a change in reflectance due to a change in refractive index. That is, by using a highly sensitive two-photon absorption material containing the composite metal nanoparticles of the present invention, a two-photon absorption optical recording / reproducing method and a two-photon absorption optical recording material capable of such recording / reproduction are provided. be able to. Furthermore, it is possible to provide a two-photon absorption three-dimensional optical recording material, a two-photon absorption three-dimensional optical recording method and a reproducing method using them.

本発明の複合金属ナノ粒子を含有する高感度な二光子吸収材料は、スピンコーター、ロールコーターまたはバーコーターなどを用いることによって基板上に直接塗布することも、あるいはフィルムとしてキャストしついで通常の方法により基板にラミネートすることもでき、それら成形方法により二光子吸収光記録材料とすることができる。   The highly sensitive two-photon absorption material containing the composite metal nanoparticles of the present invention can be applied directly on a substrate by using a spin coater, roll coater, bar coater, or the like, or can be cast as a film and then used in a normal method. Can be laminated on a substrate, and a two-photon absorption optical recording material can be obtained by these molding methods.

ここで、「基板」とは、任意の天然または合成支持体、好適には柔軟性または剛性フィルム、シートまたは板の形態で存在することができるものを意味する。
基板として好ましくは、ポリエチレンテレフタレート、樹脂下塗り型ポリエチレンテレフタレート、火炎または静電気放電処理されたポリエチレンテレフタレート、セルロースアセテート、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ガラス等である。また、この基板には予めトラッキング用の案内溝やアドレス情報が付与されたものであってもよい。
上記成形方法において塗布の際に使用した溶媒は乾燥時に蒸発除去することができる。蒸発除去には加熱や減圧を用いてもよい。
As used herein, “substrate” means any natural or synthetic support, preferably one that can exist in the form of a flexible or rigid film, sheet or plate.
Preferred substrates include polyethylene terephthalate, resin-primed polyethylene terephthalate, polyethylene terephthalate treated with flame or electrostatic discharge, cellulose acetate, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polyester, polyvinyl alcohol, glass and the like. Further, the substrate may be provided with tracking guide grooves and address information in advance.
The solvent used for coating in the molding method can be removed by evaporation at the time of drying. Heating or reduced pressure may be used for evaporation removal.

更に、二光子吸収光記録材料の上に、酸素遮断や層間クロストーク防止のための保護層(中間層)を形成してもよい。保護層(中間層)は、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンテレフタレートまたはセロファンフィルムなどのプラスチック製のフィルムまたは板を静電的な密着、あるいは押し出し機を使った積層等により貼合わせるか、前記ポリマーの溶液を塗布してもよい。   Further, a protective layer (intermediate layer) for blocking oxygen and preventing interlayer crosstalk may be formed on the two-photon absorption optical recording material. Protective layer (intermediate layer) is made of electrostatic adhesion or extrusion of plastic film or plate such as polyolefin such as polypropylene and polyethylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl alcohol, polyethylene terephthalate or cellophane film. They may be bonded together by lamination or the like used, or the polymer solution may be applied.

また、ガラス板を貼合わせてもよい。また、保護層と感光膜の間および/または、基材と感光膜の間に、気密性を高めるために粘着剤または液状物質を存在させてもよい。更に感光膜間の保護層(中間層)にも予めトラッキング用の案内溝やアドレス情報が付与されたものであってもよい。
前述のような二光子吸収光記録材料を多層として構成することにより、三次元記録媒体(三次元多層光記録媒体)が提供される。
Further, a glass plate may be bonded. Further, an adhesive or a liquid substance may be present between the protective layer and the photosensitive film and / or between the base material and the photosensitive film in order to improve airtightness. Further, the protective layer (intermediate layer) between the photosensitive films may be provided with tracking guide grooves and address information in advance.
By configuring the two-photon absorption optical recording material as described above as a multilayer, a three-dimensional recording medium (three-dimensional multilayer optical recording medium) is provided.

上述した三次元多層光記録媒体の任意の層(二光子吸収光記録材料の任意の層)に焦点を合わせ、記録再生を実施することで、三次元記録媒体として機能する。また、層間を保護層(中間層)で区切っていなくとも、二光子吸収色素特性から深さ方向の三次元記録が可能である。   By focusing on an arbitrary layer of the above-described three-dimensional multilayer optical recording medium (an arbitrary layer of the two-photon absorption optical recording material) and performing recording / reproducing, it functions as a three-dimensional recording medium. Further, even if the layers are not separated by a protective layer (intermediate layer), three-dimensional recording in the depth direction is possible from the two-photon absorption dye characteristics.

以下、三次元多層光記録媒体(三次元多層光メモリ)の好ましい実施形態として具体例を示すが、本発明はこれらの実施形態により何ら限定されず、三次元記録(平面および膜厚方向に記録)が可能な構造であれば、他にどのような構造であっても構わない。
三次元多層光メモリの記録/再生のシステム概略図を図1(a)に、記録媒体の概略断面図を図1(b)に示す。
Specific examples of preferred embodiments of the three-dimensional multilayer optical recording medium (three-dimensional multilayer optical memory) are shown below, but the present invention is not limited to these embodiments, and three-dimensional recording (recording in the plane and film thickness direction) is performed. Any other structure may be used as long as the structure is possible.
A schematic diagram of a recording / reproducing system of a three-dimensional multilayer optical memory is shown in FIG. 1A, and a schematic sectional view of a recording medium is shown in FIG.

図1(a)のシステム概略図および記録媒体の概略断面図を図1(b)に沿って記録方法の概要を説明する。記録用レーザ光源1(例えば、ハイパワーのパルスレーザ光源)からの記録用レーザ光13を対物レンズ5により三次元記録媒体6中にフォーカスする。フォーカスポイントでは、二光子吸収により記録が行われるが、フォーカスポイント以外では、先に述べたように光の照射パワーが低く、二乗効果により記録は行われない。すなわち、選択的な記録が可能となる。   The outline of the recording method will be described with reference to FIG. 1B, which is a schematic system diagram of FIG. 1A and a schematic sectional view of the recording medium. The recording laser beam 13 from the recording laser light source 1 (for example, a high-power pulse laser light source) is focused into the three-dimensional recording medium 6 by the objective lens 5. At the focus point, recording is performed by two-photon absorption. However, at positions other than the focus point, as described above, the light irradiation power is low, and recording is not performed due to the square effect. That is, selective recording is possible.

次に、再生方法であるが、再生用レーザ光源2(記録光ほどハイパワーではなく、半導体レーザも利用可能)からの光を、三次元媒体中にフォーカスする。各層より信号光が発生するが、ピンホール3と検出器4から構成される点検出器で信号光を検出することにより、特定の層からの信号を共焦点顕微鏡の原理を用いて選択的に検出する。以上のような構成により、三次元記録再生は機能する。   Next, as a reproduction method, light from the reproduction laser light source 2 (not as high power as recording light but also a semiconductor laser can be used) is focused in a three-dimensional medium. Signal light is generated from each layer. By detecting the signal light with a point detector composed of a pinhole 3 and a detector 4, signals from a specific layer can be selectively selected using the principle of a confocal microscope. To detect. With the above configuration, the three-dimensional recording / reproducing functions.

図1(b)の三次元記録媒体6においては、平らな支持体である基板A(7)に二光子吸収光材料(本発明の複合金属ナノ粒子を含有する高感度な二光子吸収材料を含有する)を用いた記録層9と、クロストーク防止用の中間層(保護層)12が交互に50層ずつ積層され、各層はスピンコート法により成膜されている。記録層の厚さは0.01〜0.5μm、中間層の厚さは0.1μm〜5μmが好ましく、この構造であれば、現在普及しているCD/DVDと同じディスクサイズで、テラバイト級の超高密度光記録が実現できる。更にデータの再生方法(透過/あるいは反射型)により、基板A(7)と同様の基板B又は高反射率材料からなる反射層(8)が構成される。図1において、符号10は記録ビット、符号11は多層ディスクを示す。   In the three-dimensional recording medium 6 of FIG. 1B, a two-photon absorption light material (a highly sensitive two-photon absorption material containing the composite metal nanoparticles of the present invention is applied to a substrate A (7) which is a flat support. Recording layer 9 using (containing) and an intermediate layer (protective layer) 12 for preventing crosstalk are alternately laminated by 50 layers, and each layer is formed by spin coating. The thickness of the recording layer is preferably 0.01 to 0.5 μm, and the thickness of the intermediate layer is preferably 0.1 μm to 5 μm. With this structure, the disk size is the same as that of currently popular CD / DVD, and the terabyte class Can be realized. Furthermore, a reflection layer (8) made of the same substrate B as the substrate A (7) or a high reflectance material is formed by a data reproduction method (transmission / or reflection type). In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a recording bit, and reference numeral 11 denotes a multilayer disk.

上記三次元多層光メモリの記録時は単一ビームが使用され、この場合フェムト秒オーダーの超短パルス光を利用することができる。また再生時は、データ記録に使用するビームとは異なる波長、あるいは低出力の同波長の光を用いることもできる。記録および再生は、ビット単位/ページ単位のいずれにおいても実行可能であり、面光源や二次元検出器等を利用する並行記録/再生は、転送レートの高速化に有効である。
尚、本発明に従い同様に形成される三次元多層光メモリの形態としては、カード状、プレート状、テープ状、ドラム状等が考えられる。
A single beam is used at the time of recording in the three-dimensional multilayer optical memory, and in this case, ultrashort pulse light on the order of femtoseconds can be used. At the time of reproduction, it is also possible to use a light having a wavelength different from that of the beam used for data recording or the same wavelength with a low output. Recording and playback can be performed in either bit units or page units, and parallel recording / playback using a surface light source, a two-dimensional detector, or the like is effective in increasing the transfer rate.
Note that a three-dimensional multilayer optical memory formed in the same manner according to the present invention may have a card shape, a plate shape, a tape shape, a drum shape, or the like.

〔複合金属ナノ粒子を含有する二光子吸収材料を用いた光造形用材料への応用〕
次に、本発明の複合金属ナノ粒子(反応助剤)を含有する多光子吸収材料(二光子吸収材料)の光造形用材料への応用について説明する。
[Application to stereolithography materials using two-photon absorption materials containing composite metal nanoparticles]
Next, application of the multiphoton absorption material (two-photon absorption material) containing the composite metal nanoparticles (reaction aid) of the present invention to a material for optical modeling will be described.

図2の概念図に示す二光子光造形法のための装置(光造形システム)を参照して光造形用材料を用いた光造形について説明する。
図2に示す装置では、光硬化性樹脂液9に対して透明性を有する近赤外パルスレーザ光の光源1からの光をミラースキャナー5を通した後、レンズを用いて光硬化性樹脂液9中に集光させ、レーザスポットを走査し、二光子吸収を誘起することによって焦点近傍のみにおいて樹脂を硬化させ、任意の三次元構造を形成するように構成されている。つまり、二光子光造形法(二光子マイクロ光造形方法)により光造形される。
The optical modeling using the material for optical modeling will be described with reference to an apparatus (optical modeling system) for the two-photon optical modeling method shown in the conceptual diagram of FIG.
In the apparatus shown in FIG. 2, the light from the light source 1 of the near-infrared pulsed laser beam having transparency with respect to the photocurable resin liquid 9 passes through the mirror scanner 5, and then the photocurable resin liquid is used using a lens. 9 is focused, scanned with a laser spot, and induced two-photon absorption to cure the resin only near the focal point to form an arbitrary three-dimensional structure. That is, the optical modeling is performed by the two-photon optical modeling method (two-photon micro optical modeling method).

ここで、光硬化性樹脂液9は、本発明の複合金属ナノ粒子(反応助剤)と二光子吸収材料(重合開始剤あるいは光増感剤等)を含む高感度な二光子光造形用光硬化性樹脂である。尚、二光子光造形用光硬化性樹脂とは、後述のように、光を照射することで二光子重合反応を起こし、液体から固体へと変化する樹脂である。   Here, the photocurable resin liquid 9 is a high-sensitivity light for two-photon photofabrication that includes the composite metal nanoparticles (reaction aid) of the present invention and a two-photon absorption material (such as a polymerization initiator or a photosensitizer). It is a curable resin. The photocurable resin for two-photon stereolithography is a resin that undergoes a two-photon polymerization reaction when irradiated with light and changes from a liquid to a solid, as will be described later.

詳しくは、パルスレーザ光をレンズで集光して、集光点近傍にフォトンの密度の高い領域を形成する。このときビームの各断面を通過するフォトンの総数は一定なので、焦点面内でビームを二次元的に走査した場合、各断面における光強度の総和は一定である。しかしながら、二光子吸収の発生確率は、光強度の二乗に比例するため、光強度の大きい集光点近傍にのみ、二光子吸収の発生の高い領域が形成される。   Specifically, the pulsed laser beam is condensed with a lens, and a region with high photon density is formed in the vicinity of the focal point. At this time, since the total number of photons passing through each cross section of the beam is constant, when the beam is scanned two-dimensionally within the focal plane, the total light intensity in each cross section is constant. However, since the probability of occurrence of two-photon absorption is proportional to the square of the light intensity, a region where the generation of two-photon absorption is high is formed only near the condensing point where the light intensity is high.

このように、パルスレーザ光をレンズによって集光させ二光子吸収を誘起することで、集光点近傍に光吸収を限定し、ピンポイント的に樹脂を硬化させることが可能となる。集光点はZステージ6とガルバノミラーによって光硬化樹脂液内を自由に移動させることができるため、光硬化性樹脂液内において目的とする三次元加工物(光造形物10)を自在に形成することができる。
尚、図2において、符号3は透過光量を時間的にコントロールするシャッター、符号4はNDフィルター、符号7は集光手段としてのレンズ、符号8はコンピュータを示す。
Thus, by condensing the pulsed laser light with the lens and inducing two-photon absorption, it is possible to limit the light absorption near the condensing point and to cure the resin in a pinpoint manner. The focusing point can be freely moved in the photocurable resin liquid by the Z stage 6 and the galvanometer mirror, so that the desired three-dimensional workpiece (optical modeling object 10) can be freely formed in the photocurable resin liquid. can do.
In FIG. 2, reference numeral 3 denotes a shutter for temporally controlling the amount of transmitted light, reference numeral 4 denotes an ND filter, reference numeral 7 denotes a lens as a condensing means, and reference numeral 8 denotes a computer.

二光子光造形法の特徴としては、以下の項目が挙げられる。
(1)回折限界を超える加工分解能:二光子吸収の光強度に対する非線形性によって、光の回折限界を超えた加工分解能を実現できる。
(2)超高速造形:二光子吸収を利用した場合、焦点以外の領域では、光硬化性樹脂が原理的にも硬化しない。このため照射させる光強度を大きくし、ビームのスキャン速度を速くすることができる。このため、造形速度を約10倍向上することができる。
(3)三次元加工:光硬化性樹脂は、二光子吸収を誘起する近赤外光に対して透明である。従って、焦点光を樹脂の内部へ深く集光した場合でも、内部硬化が可能である。従来の方法(SIH)では、ビームを深く集光した場合、光吸収によって集光点の光強度が小さくなり、内部硬化が困難になる問題点が、本発明ではこうした問題点を確実に解決することができる。
(4)高い歩留り:従来法では樹脂の粘性や表面張力によって造形物が破損、変形するという問題があったが、本手法では、樹脂の内部で造形を行うのでこうした問題は解消される。
(5)大量生産への適用:超高速造形を利用することによって、短時間に、連続的に多数個の部品あるいは可動機構の製造が可能である。
The features of the two-photon stereolithography include the following items.
(1) Processing resolution exceeding the diffraction limit: Processing resolution exceeding the diffraction limit of light can be realized by the non-linearity of the two-photon absorption with respect to the light intensity.
(2) Ultra-high speed modeling: When two-photon absorption is used, the photo-curing resin does not cure in principle in a region other than the focal point. For this reason, the light intensity to be irradiated can be increased, and the beam scanning speed can be increased. For this reason, modeling speed can be improved about 10 times.
(3) Three-dimensional processing: The photocurable resin is transparent to near-infrared light that induces two-photon absorption. Therefore, even when the focused light is condensed deeply into the resin, internal curing is possible. In the conventional method (SIH), when the beam is condensed deeply, the light intensity at the condensing point is reduced by light absorption, and the internal hardening becomes difficult. In the present invention, these problems are surely solved. be able to.
(4) High yield: In the conventional method, there is a problem that the molded object is damaged or deformed due to the viscosity or surface tension of the resin. However, in this method, the problem is solved because the modeling is performed inside the resin.
(5) Application to mass production: By using ultra-high-speed modeling, it is possible to manufacture a large number of parts or movable mechanisms continuously in a short time.

前述のように、二光子光造形用光硬化性樹脂とは、本発明の複合金属ナノ粒子を含有する高感度な二光子吸収材料であり、光を照射することによって二光子重合反応を起こし、液体から固体へと変化するという特性を持った樹脂である。主成分はオリゴマーと反応性希釈剤からなる樹脂成分と光重合開始剤(必要に応じ光増感材料を含む)である。オリゴマーは重合度が2〜20程度の重合体であり、末端に多数の反応基を持つ。更に、粘度、硬化性等を調整するため、反応性希釈剤が加えられている。   As described above, the photocurable resin for two-photon photofabrication is a highly sensitive two-photon absorption material containing the composite metal nanoparticles of the present invention, causing a two-photon polymerization reaction by irradiating light, A resin that changes from liquid to solid. The main components are a resin component consisting of an oligomer and a reactive diluent and a photopolymerization initiator (including a photosensitizing material as required). An oligomer is a polymer having a degree of polymerization of about 2 to 20, and has a large number of reactive groups at its ends. Furthermore, a reactive diluent is added to adjust viscosity, curability and the like.

光を照射すると、複合金属ナノ粒子の表面にプラズモン増強場が発生し、このプラズモン増強場で増強された照射光を、重合開始剤または光増感材料が二光子吸収し、重合開始剤から直接、または光増感材料を介して反応種が発生し、オリゴマー、反応性希釈剤の反応基に反応し、重合を開始させる。その後これらの間で連鎖的重合反応を起こして三次元架橋が形成され、短時間のうちに三次元網目構造を持つ固体樹脂へと変化する。   When light is irradiated, a plasmon-enhanced field is generated on the surface of the composite metal nanoparticle, and the polymerization initiator or photosensitizing material absorbs the irradiation light enhanced by this plasmon-enhanced field directly from the polymerization initiator. Alternatively, reactive species are generated through the photosensitizing material and react with the reactive group of the oligomer or reactive diluent to initiate polymerization. Thereafter, a chain polymerization reaction occurs between them to form a three-dimensional cross-link, and the solid resin is changed to a solid resin having a three-dimensional network structure in a short time.

光硬化性樹脂は、光硬化インキ、光接着剤、積層式立体造形などの分野で使用されており、様々な特性を持つ樹脂が開発されている。特に、積層式立体造形においては(a)反応性が良好であること、(b)硬化時の堆積収縮が小さいこと、(c)硬化後の機械特性が優れていること、等が重要である。   Photocurable resins are used in fields such as photocurable inks, photoadhesives, and layered three-dimensional modeling, and resins having various characteristics have been developed. In particular, in layered three-dimensional modeling, it is important that (a) the reactivity is good, (b) the deposition shrinkage during curing is small, (c) the mechanical properties after curing are excellent, etc. .

これらの特性は本手法においても同様に重要であり、そのため、積層式立体造形用に開発された樹脂で二光子吸収特性を有するものは、本手法の二光子光造形用光硬化性樹脂としても使用できる。その具体的な例としては、アクリレート系およびエポキシ系の光硬化性樹脂が良く用いられ、特にウレタンアクリレート系の光硬化性樹脂が好ましい。   These characteristics are equally important in this method. Therefore, resins developed for layered three-dimensional modeling that have two-photon absorption characteristics are also used as photocurable resins for two-photon photomolding in this method. Can be used. As specific examples, acrylate-based and epoxy-based photocurable resins are often used, and urethane acrylate-based photocurable resins are particularly preferable.

本発明における光造形に関する技術としては、例えば、本発明の複合金属ナノ粒子を含有する感光性高分子膜の表面に、パルスレーザ光を、マスクを介さずに干渉露光させる手法が適用できる。この場合のパルスレーザ光としては、前記感光性高分子膜中の複合金属ナノ粒子のプラズモン増強場効果とそれによる励起作用を介して感光性機能を発揮させる波長領域のパルスレーザ光であることが重要である。   As a technique related to the optical shaping in the present invention, for example, a technique in which pulsed laser light is subjected to interference exposure without using a mask on the surface of the photosensitive polymer film containing the composite metal nanoparticles of the present invention can be applied. The pulse laser beam in this case is a pulse laser beam in a wavelength region that exhibits a photosensitive function through the plasmon enhancement field effect of the composite metal nanoparticles in the photosensitive polymer film and the excitation action thereby. is important.

従って、パルスレーザ光としては、感光性高分子の種類、または感光性高分子における感光性機能を発揮する基または部位の種類などに応じて、その波長領域を適宜選択することができる。特に、光源から発光されるパルスレーザ光の波長が、感光性高分子膜に感光性機能を発揮させる波長領域でなくても、パルスレーザ光の照射に際して、多光子吸収過程を利用することにより、感光性高分子膜に感光性機能を発揮させることが可能となる。
尚、感光性高分子膜の表面に、パルスレーザ光をマスクを介さずに干渉露光させる手法としては、例えば、特開2005−134873号公報に記載されている例が挙げられる。
Therefore, the wavelength region of the pulsed laser light can be appropriately selected according to the type of the photosensitive polymer or the type of group or part that exhibits the photosensitive function in the photosensitive polymer. In particular, even when the wavelength of the pulsed laser light emitted from the light source is not in a wavelength region that causes the photosensitive polymer film to exhibit a photosensitive function, by using a multiphoton absorption process upon irradiation with the pulsed laser light, The photosensitive polymer film can exhibit a photosensitive function.
An example of a technique for performing interference exposure on the surface of the photosensitive polymer film without using a mask with a pulsed laser beam is an example described in JP-A-2005-134873.

具体的には、光源から発光されるパルスレーザ光を集光して、集光されたパルスレーザ光を照射すると、多光子の吸収(例えば、二光子の吸収、三光子の吸収、四光子の吸収、五光子の吸収など)が生じ、これによって光源から発光されるパルスレーザ光の波長が、感光性高分子膜に感光性機能を発揮させる波長領域でなくても、感光性高分子膜には、高分子膜中の前記複合金属ナノ粒子のプラズモン増強場効果とそれによる励起作用を介して実質的に感光性高分子膜に感光性機能を発揮させる波長領域のパルスレーザ光が照射されたことになる。   Specifically, when the pulsed laser light emitted from the light source is condensed and irradiated with the condensed pulsed laser light, multiphoton absorption (eg, two-photon absorption, three-photon absorption, four-photon absorption, Absorption, five-photon absorption, etc.), and the wavelength of the pulsed laser light emitted from the light source does not reach the photosensitive polymer film even if it is not in the wavelength region where the photosensitive polymer film exhibits the photosensitive function. Was irradiated with a pulsed laser beam in a wavelength region that substantially exerted a photosensitive function on the photosensitive polymer film through the plasmon enhanced field effect of the composite metal nanoparticles in the polymer film and the excitation action thereby It will be.

このように、干渉露光するパルスレーザ光は、実質的に、感光性高分子膜に感光性機能を発揮させる波長領域となるパルスレーザ光であればよく、照射条件などにより、その波長を適宜選択することができる。例えば、前記本発明の複合金属ナノ粒子を含有する高効率二光子吸収材料を光増感材料とし、紫外線硬化樹脂等に分散して感光物固体とし、この感光物固体の二光子吸収能を利用して焦点スポットのみが硬化する特性を利用した超精密三次元造形物を得ることが可能となる。   As described above, the pulsed laser beam for interference exposure may be substantially a pulsed laser beam having a wavelength region that allows the photosensitive polymer film to exhibit the photosensitive function, and the wavelength is appropriately selected depending on the irradiation conditions. can do. For example, the high-efficiency two-photon absorption material containing the composite metal nanoparticles of the present invention is used as a photosensitizer, dispersed in an ultraviolet curable resin or the like to form a photosensitive solid, and the two-photon absorption ability of the photosensitive solid is used. Thus, it is possible to obtain an ultra-precise three-dimensional structure using the property that only the focal spot is cured.

本発明における二光子吸収材料としては、前述のように二光子吸収重合開始剤や二光子吸収光増感材料が挙げられ、複合金属ナノ粒子を含有することにより、従来の二光子吸収材料(二光子吸収重合開始剤または二光子吸収光増感材料)に比較して、二光子吸収感度が高いため、高速造形が可能で、励起光源としても小型で安価なレーザ光源が使用できるため、大量生産可能な実用用途への展開が可能となる。   Examples of the two-photon absorption material in the present invention include a two-photon absorption polymerization initiator and a two-photon absorption photosensitizing material as described above. By containing composite metal nanoparticles, a conventional two-photon absorption material (two Compared to photon absorption polymerization initiators or two-photon absorption photosensitizers), the two-photon absorption sensitivity is high, so high-speed modeling is possible, and a compact and inexpensive laser light source can be used as an excitation light source, resulting in mass production. Deployment to possible practical applications becomes possible.

〔複合金属ナノ粒子を含有する二光子吸収材料を用いた二光子蛍光顕微鏡への応用〕
次に、本発明の複合金属ナノ粒子を含有する二光子吸収材料の二光子蛍光顕微鏡への応用について説明する。
[Application to two-photon fluorescence microscope using two-photon absorption material containing composite metal nanoparticles]
Next, application of the two-photon absorption material containing the composite metal nanoparticles of the present invention to a two-photon fluorescence microscope will be described.

二光子励起レーザ走査顕微鏡(二光子蛍光顕微鏡)とは、近赤外パルスレーザを標本面上に集光して走査させ、そこでの二光子吸収により励起されて発生する蛍光を検出することにより像を得る顕微鏡である。図3の概念図に、二光子励起レーザ走査顕微鏡(二光子蛍光顕微鏡)の基本構成を示す。   A two-photon excitation laser scanning microscope (two-photon fluorescence microscope) is an image obtained by condensing and scanning a near-infrared pulse laser on a specimen surface and detecting fluorescence generated by excitation by two-photon absorption there. It is a microscope to obtain The basic diagram of the two-photon excitation laser scanning microscope (two-photon fluorescence microscope) is shown in the conceptual diagram of FIG.

図3の二光子蛍光顕微鏡は、近赤外域波長のサブピコ秒の単色コヒーレント光パルスを発するレーザ光源1と、レーザ光源からの光束を所望の大きさに変える光束変換光学系2と、光束変換光学系で変換された光束を対物レンズの像面に集光し走査させる走査光学系3と、集光された上記変換光束を標本面5上に投影する対物レンズ系4と、光検出器7を備えている。   The two-photon fluorescence microscope shown in FIG. 3 includes a laser light source 1 that emits sub-picosecond monochromatic coherent light pulses in the near-infrared region, a light beam conversion optical system 2 that changes a light beam from the laser light source to a desired size, and a light beam conversion optics. A scanning optical system 3 for condensing and scanning the light beam converted by the system on the image plane of the objective lens, an objective lens system 4 for projecting the collected converted light beam on the sample surface 5, and a photodetector 7. I have.

パルスレーザ光をダイクロイックミラー6を経て、光束変換光学系、対物レンズ系により集光して、標本面で焦点を結ばせることにより、標本内にある二光子吸収蛍光材料(前記複合金属ナノ粒子を含有する二光子吸収材料)に二光子吸収を起生させ、誘起された蛍光を生じさせる。標本面をレーザビームで走査し、各場所での蛍光強度を光検出器7などの光検出装置で検出して、得られた位置情報に基づいて、コンピュータでプロットすることにより、三次元蛍光像が得られる。走査機構としては、例えば、ガルバノミラーなどの可動ミラーを用いてレーザビームを走査してもよく、あるいはステージ上に置かれた二光子吸収材料を含む標本を移動させてもよい。   The two-photon absorption fluorescent material (the composite metal nanoparticle in the sample) is collected in the sample by focusing the pulse laser beam through the dichroic mirror 6 and the light beam conversion optical system and the objective lens system and focusing on the sample surface. The two-photon absorption material contained) causes two-photon absorption to generate induced fluorescence. The sample surface is scanned with a laser beam, the fluorescence intensity at each location is detected by a photodetection device such as the photodetector 7, and a three-dimensional fluorescence image is plotted by a computer based on the obtained positional information. Is obtained. As the scanning mechanism, for example, a laser beam may be scanned using a movable mirror such as a galvanometer mirror, or a sample including a two-photon absorption material placed on a stage may be moved.

このような構成により、二光子吸収そのものの非線形効果を利用して、光軸方向の高分解能を得ることができる。加えて、共焦点ピンホール板を用いれば、さらなる高分解能(面内、光軸方向共)が得られる。   With such a configuration, it is possible to obtain high resolution in the optical axis direction by utilizing the nonlinear effect of two-photon absorption itself. In addition, if a confocal pinhole plate is used, higher resolution (both in-plane and in the optical axis direction) can be obtained.

二光子蛍光顕微鏡用蛍光色素は、標本を該蛍光色素で染色するか、または標本に該蛍光色素を分散させることにより使用され、工業用途のみならず、生体系の細胞等の三次元画像マイクロイメージングにも用いることができることから、高い二光子吸収断面積を持つ化合物が望まれている。   Fluorescent dyes for two-photon fluorescence microscopes are used by staining a specimen with the fluorescent dye or by dispersing the fluorescent dye in the specimen, and are used not only for industrial applications but also for three-dimensional image micro-imaging of biological cells. Therefore, a compound having a high two-photon absorption cross section is desired.

光子蛍光顕微鏡としては、例えば、特開平9−230246号公報に記載されている例が挙げられる。
この場合の走査型蛍光顕微鏡は、所望の大きさに拡大されたコリメート光を発するレーザ照射光学系と、複数の集光素子が形成された基板とを備え、該集光素子の集光位置が対物レンズ系の像位置に一致するように配され、かつ、前記の集光素子が形成された基板と対物レンズ系との間に、長波長を透過し短波長を反射するビームスプリッタが配され、標本面で多光子吸収による蛍光を発生させることを特徴とするものである。このような構成により、多光子吸収そのものの非線形効果を利用して、光軸方向の高分解能を得ることができる。加えて、共焦点ピンホール板を用いれば、さらなる高分解能(面内、光軸方向共)が得られる。このような二光子光学素子は上述の光制御素子と全く同様に本発明の高い二光子吸収能を有した材料、薄膜、もしくは光硬化性樹脂等に分散させた固体物を光学素子として用いることが可能である。
As a photon fluorescence microscope, the example described in Unexamined-Japanese-Patent No. 9-230246 is mentioned, for example.
The scanning fluorescence microscope in this case includes a laser irradiation optical system that emits collimated light expanded to a desired size, and a substrate on which a plurality of condensing elements are formed. A beam splitter that transmits the long wavelength and reflects the short wavelength is disposed between the objective lens system and the substrate on which the light condensing element is formed, and is arranged so as to coincide with the image position of the objective lens system. The fluorescent light is generated by multiphoton absorption on the specimen surface. With such a configuration, it is possible to obtain high resolution in the optical axis direction by utilizing the nonlinear effect of multiphoton absorption itself. In addition, if a confocal pinhole plate is used, higher resolution (both in-plane and in the optical axis direction) can be obtained. Such a two-photon optical element uses, as the optical element, a solid material dispersed in a material having a high two-photon absorption ability, a thin film, or a photocurable resin of the present invention, just like the above-described light control element. Is possible.

本発明における二光子吸収材料は、二光子励起レーザ走査顕微鏡用の二光子吸収蛍光材料として用いることができる。従来の二光子吸収蛍光材料に比較し、大きな二光子吸収断面積を有しているので、低濃度で高い二光子吸収特性を発揮する。従って、本発明によれば、高感度な二光子吸収材料が得られるだけでなく、材料に照射する光の強度を強くする必要がなくなり、材料の劣化、破壊を抑制することができ、材料中の他成分の特性に対する悪影響も低下させることができる。   The two-photon absorption material in the present invention can be used as a two-photon absorption fluorescent material for a two-photon excitation laser scanning microscope. Compared to conventional two-photon absorption fluorescent materials, it has a large two-photon absorption cross-sectional area, so that it exhibits high two-photon absorption characteristics at a low concentration. Therefore, according to the present invention, not only a highly sensitive two-photon absorption material can be obtained, but there is no need to increase the intensity of light applied to the material, and deterioration and destruction of the material can be suppressed. The adverse effect on the properties of other components can also be reduced.

以下、実施例を挙げて本発明を更に説明するが、各実施例は本発明の構成の一例であり、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is further demonstrated, each Example is an example of a structure of this invention, and this invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
先ず、以下に示す光還元法手法により、金ナノロッドを作成した後にその表面に銀を被覆して卑金属被覆ナノ粒子を作成した。その後、卑金属被覆ナノ粒子の表面を被覆する銀をイオン化傾向の違いを利用して金により部分置換し、本発明の複合金属ナノ粒子を作成した。
Example 1
First, gold nanorods were prepared by the following photoreduction method, and then the surface was coated with silver to prepare base metal-coated nanoparticles. Then, the silver which coat | covers the surface of a base metal coating nanoparticle was partially substituted with gold | metal | money using the difference in ionization tendency, and the composite metal nanoparticle of this invention was created.

〔金ナノロッド分散液の作成:ナノ粒子分散液作製工程〕
原料溶液としてCTAB(臭化セチルトリメチルアンモニウム)水溶液0.18(mol/l)70ml、シクロヘキサン0.36ml、アセトン1ml、硝酸銀水溶液0.01(mol/l)1.5mlを加えマグネットスターラーにより攪拌した。更に、塩化金酸溶液0.024(mol/l)2mlを加えた後、アスコルビン酸水溶液0.1(mol/l)0.4mlを加え、塩化金酸溶液の色が消えたことを確認した。
[Preparation of gold nanorod dispersion: nanoparticle dispersion preparation process]
As a raw material solution, CTAB (cetyltrimethylammonium bromide) aqueous solution 0.18 (mol / l) 70 ml, cyclohexane 0.36 ml, acetone 1 ml, silver nitrate aqueous solution 0.01 (mol / l) 1.5 ml were added and stirred with a magnetic stirrer. . Furthermore, after adding 2 ml of 0.024 (mol / l) chloroauric acid solution, 0.4 ml of 0.1 (mol / l) aqueous ascorbic acid solution was added to confirm that the color of the chloroauric acid solution disappeared. .

次に、直径100mmのシャーレーに混合用液を移し、254nmの紫外線を低圧水銀ランプ(アズワン社製、SUV−16)により約20分照射した。この工程により、金ナノロッドの安定な分散液が完成した。透過電子顕微鏡による観測の結果、得られた金ナノロッドの平均的な粒子形状は、長径50nm、短径12nmであり、形状異方性を持つ粒子であることが確認された。   Next, the liquid for mixing was transferred to a petri dish having a diameter of 100 mm, and ultraviolet rays of 254 nm were irradiated for about 20 minutes with a low-pressure mercury lamp (manufactured by ASONE, SUV-16). This process completed a stable dispersion of gold nanorods. As a result of observation with a transmission electron microscope, the average particle shape of the obtained gold nanorods was 50 nm in major axis and 12 nm in minor axis, and it was confirmed that the particles had shape anisotropy.

尚、本例では光還元法により合成した金ナノロッドを示したが、電解法、種粒子からの成長など各種合成法による金ナノロッドが使用可能なのは言うまでも無い。また、成長条件を変えることにより、粒子形状、例えば、アスペクト比の異なる金ナノロッドを容易に得ることが可能である。   In this example, gold nanorods synthesized by a photoreduction method are shown, but it goes without saying that gold nanorods produced by various synthesis methods such as electrolysis and growth from seed particles can be used. Also, by changing the growth conditions, it is possible to easily obtain gold nanorods having different particle shapes, for example, aspect ratios.

〔金ナノロッドの表面に銀を被覆した卑金属被覆ナノ粒子1の作成:卑金属被覆ナノ粒子作製工程〕
上記完成した金ナノロッド分散液6mlに、硝酸銀水溶液0.05(mol/l)10μl、ポリエチレンイミン(平均分子量600)20μlを加え、攪拌した。約2時間後、金ナノロッド分散液の吸光度変化(スペクトルシフト)が観察され、金ナノロッド表面に銀が被覆されていることを確認した。
本実施例では、金ナノロッドの合成段階で、還元剤としてアスコルビン酸を用いており、追加投入することなく反応が進行した。また、アミン類の代わりに、アミノ基を持つ材料の不純物として存在するアミン類を用いた。
[Preparation of the base metal-coated nanoparticle 1 in which the surface of the gold nanorod is coated with silver: base metal-coated nanoparticle preparation process]
To 6 ml of the completed gold nanorod dispersion, 10 μl of silver nitrate aqueous solution 0.05 (mol / l) and 20 μl of polyethyleneimine (average molecular weight 600) were added and stirred. About 2 hours later, a change in absorbance (spectral shift) of the gold nanorod dispersion was observed, confirming that the gold nanorod surface was coated with silver.
In this example, ascorbic acid was used as a reducing agent at the gold nanorod synthesis stage, and the reaction proceeded without additional charging. Moreover, instead of amines, amines present as impurities of materials having amino groups were used.

〔複合金属ナノ粒子1の作成(卑金属被覆ナノ粒子1の表面を被覆する銀の少なくとも一部をプラズモン増強場を発生させ得る金により置換):貴金属置換工程〕
上記で作成した銀被覆の卑金属被覆ナノ粒子1分散液5mlに、塩化金酸水溶液0.05(mol/l)7mlを加え、攪拌した。約3時間後、スペクトルシフトが再度観察され、銀の一部が金に部分置換されたことを確認した。
[Preparation of composite metal nanoparticle 1 (replace at least a part of silver covering the surface of base metal-coated nanoparticle 1 with gold capable of generating a plasmon enhancement field): noble metal substitution step]
7 ml of an aqueous chloroauric acid solution 0.05 (mol / l) was added to 5 ml of the silver-coated base metal-coated nanoparticle 1 dispersion prepared above and stirred. After about 3 hours, the spectral shift was observed again, confirming that some of the silver was partially substituted with gold.

[評価]
上記で作成した卑金属被覆ナノ粒子1の表面を被覆する銀の一部が金に部分置換された複合金属ナノ粒子1と二光子蛍光色素を混合した下記評価溶液(分散液)を調製して二光子蛍光測定を行った。
<評価溶液の調製>
複合金属ナノ粒子1分散液2mlに、界面活性剤であるドデカンチオールのアセトン溶液1vol%、4mlを加え攪拌し、更にシクロヘキサン4mlを加え攪拌後静置した。複合金属ナノ粒子1はシクロヘキサン中に安定に分散した。これと下記構造式(1)で表される二光子蛍光色素を混合して評価溶液を調製した。
[Evaluation]
The following evaluation solution (dispersion) is prepared by mixing the composite metal nanoparticles 1 in which a part of silver covering the surface of the base metal-coated nanoparticles 1 created above is partially substituted with gold and the two-photon fluorescent dye. Photon fluorescence measurement was performed.
<Preparation of evaluation solution>
To 2 ml of the composite metal nanoparticle 1 dispersion, 1 vol% 4 ml of an acetone solution of dodecanethiol as a surfactant was added and stirred, and further 4 ml of cyclohexane was added and left standing. The composite metal nanoparticles 1 were stably dispersed in cyclohexane. This and a two-photon fluorescent dye represented by the following structural formula (1) were mixed to prepare an evaluation solution.

Figure 2011058050
Figure 2011058050

<二光子蛍光測定>
複合金属ナノ粒子1と二光子蛍光色素の混合分散液を光路長1mmの光学セルに入れ、測定試料とした。
二光子励起光源には赤外線フェムト秒レーザ、スペクトラフィジックス社製MaiTai(波長780nm)を用い、焦点距離100mmの集光レンズで混合溶液中にそれぞれ集光点を結び、二光子励起の蛍光を測定した。
<Two-photon fluorescence measurement>
A mixed dispersion of the composite metal nanoparticles 1 and the two-photon fluorescent dye was put into an optical cell having an optical path length of 1 mm to obtain a measurement sample.
An infrared femtosecond laser, Spectra Physics MaiTai (wavelength 780 nm) was used as the two-photon excitation light source, and the condensing points were connected to the mixed solution with a condensing lens having a focal length of 100 mm, and fluorescence of two-photon excitation was measured. .

評価溶液を測定した結果、励起光強度が2倍となると蛍光強度が4倍となる2乗効果が観測され、二光子吸収蛍光であることが確認された。
複合金属ナノ粒子1と二光子蛍光色素を混合した評価溶液について、二光子蛍光の増強度を下記表1に示す(励起光強度は、平均出力80mWである)。
尚、増強度の評価は、後述の比較例1に示した二光子蛍光色素溶液との比較を基準としている。評価における記号の意味は次のようである。
◎:特に著しく増強されたもの
○:著しく増強されたもの
△:増強されたもの
▲:増強は認められるが増強度の低いもの
As a result of measuring the evaluation solution, when the excitation light intensity was doubled, a square effect in which the fluorescence intensity was quadrupled was observed, and it was confirmed to be two-photon absorption fluorescence.
Regarding the evaluation solution in which the composite metal nanoparticle 1 and the two-photon fluorescent dye are mixed, the enhancement of two-photon fluorescence is shown in Table 1 below (the excitation light intensity is an average output of 80 mW).
The evaluation of the enhancement is based on the comparison with the two-photon fluorescent dye solution shown in Comparative Example 1 described later. The meanings of the symbols in the evaluation are as follows.
◎: Especially markedly enhanced ○: Significantly enhanced △: Enhanced one ▲: Enhancement was observed but strength was low

(実施例2)
先ず、以下に示す化学還元法により、金ナノロッドを作成した後にその表面に銀を被覆して卑金属被覆ナノ粒子を作成した。その後、卑金属被覆ナノ粒子の表面を被覆する銀をイオン化傾向の違いを利用して金により部分置換し、本発明の複合金属ナノ粒子を作成した。
(Example 2)
First, gold nanorods were prepared by the chemical reduction method shown below, and then the surface was coated with silver to prepare base metal-coated nanoparticles. Then, the silver which coat | covers the surface of a base metal coating nanoparticle was partially substituted with gold | metal | money using the difference in ionization tendency, and the composite metal nanoparticle of this invention was created.

〔金ナノロッド分散液の作成:ナノ粒子分散液作製工程〕
原料溶液としてCTAB(臭化セチルトリメチルアンモニウム)水溶液0.18(mol/l)70ml、シクロヘキサン0.36ml、アセトン1ml、硝酸銀水溶液0.01(mol/l)1.5mlを加えマグネットスターラーにより攪拌した。更に、塩化金酸溶液0.024(mol/l)2mlを加えた後、水素化硼素ナトリウム水溶液0.01(mol/l)0.4ml、トリエチルアミン0.02mlを加えた後、攪拌を停止し、48時間静置し、金ナノロッド分散液が完成した。
透過電子顕微鏡による観測の結果、得られた金ナノロッドの平均的な粒子形状は、長径110nm、短径25nmであり、形状異方性を持つ粒子であることが確認された。
[Preparation of gold nanorod dispersion: nanoparticle dispersion preparation process]
As a raw material solution, CTAB (cetyltrimethylammonium bromide) aqueous solution 0.18 (mol / l) 70 ml, cyclohexane 0.36 ml, acetone 1 ml, silver nitrate aqueous solution 0.01 (mol / l) 1.5 ml were added and stirred with a magnetic stirrer. . Furthermore, after adding 2 ml of 0.024 (mol / l) chloroauric acid solution, 0.4 ml of 0.01 (mol / l) sodium borohydride aqueous solution and 0.02 ml of triethylamine were added, and stirring was stopped. And left for 48 hours to complete a gold nanorod dispersion.
As a result of observation by a transmission electron microscope, the average particle shape of the obtained gold nanorods was confirmed to be particles having a major axis of 110 nm and a minor axis of 25 nm, and having shape anisotropy.

〔金ナノロッドの表面に銀を被覆した卑金属被覆ナノ粒子2の作成:卑金属被覆ナノ粒子作製工程〕
上記完成した金ナノロッド分散液6mlに、硝酸銀水溶液0.05(mol/l)10μl、ブチルアミン20μl、アスコルビン酸水溶液0.1(mol/l)20μlを加え、攪拌した。約2時間後、金ナノロッド分散液の吸光度変化(スペクトルシフト)が観察され、金ナノロッド表面に銀が成長して被覆されていることを確認した。
[Preparation of base metal-coated nanoparticles 2 with silver coated on the surface of gold nanorods: Base metal-coated nanoparticle preparation process]
To 6 ml of the finished gold nanorod dispersion, 0.05 μl of silver nitrate aqueous solution, 20 μl of butylamine, and 20 μl of ascorbic acid aqueous solution 0.1 (mol / l) were added and stirred. About 2 hours later, a change in absorbance (spectrum shift) of the gold nanorod dispersion was observed, and it was confirmed that silver was grown and coated on the gold nanorod surface.

〔複合金属ナノ粒子2の作成(卑金属被覆ナノ粒子2の表面を被覆する銀の少なくとも一部をプラズモン増強場を発生させ得る金により置換):貴金属置換工程〕
上記完成した銀被覆の複合金属ナノロッド分散液5mlに、塩化金酸水溶液0.05(mol/l)7mlを加え、攪拌した。約3時間後、スペクトルシフト再度観察され、銀の一部が金に部分置換されたことを確認した。
[Preparation of composite metal nanoparticles 2 (at least a part of silver covering the surface of the base metal-coated nanoparticles 2 is replaced by gold capable of generating a plasmon enhancement field): noble metal replacement step]
To 5 ml of the completed silver-coated composite metal nanorod dispersion, 7 ml of 0.05 (mol / l) chloroauric acid aqueous solution was added and stirred. After about 3 hours, the spectral shift was observed again, confirming that a part of silver was partially substituted with gold.

[評価]
上記で作成した卑金属被覆ナノ粒子2の表面を被覆する銀の一部が金に部分置換された複合金属ナノ粒子2と前記二光子蛍光色素を混合した評価溶液(分散液)を調製し、実施例1の二光子蛍光測定と同様にして評価を行った。二光子蛍光の増強度を下記表1に示す。
[Evaluation]
An evaluation solution (dispersion) in which the composite metal nanoparticle 2 in which a part of silver covering the surface of the base metal-coated nanoparticle 2 created above is partially substituted with gold and the two-photon fluorescent dye is mixed is prepared and carried out. Evaluation was carried out in the same manner as the two-photon fluorescence measurement in Example 1. The enhancement of two-photon fluorescence is shown in Table 1 below.

(比較例1)
実施例2で作成した金ナノロッド(金ナノロッド分散液として得られたもの)を比較例1のナノ粒子(被覆処理等のない金ナノロッド)とした。
[評価]
比較例1のナノ粒子を含む分散液(金ナノロッド分散液)と前記二光子蛍光色素を混合した評価溶液(分散液)を調製し、実施例1の二光子蛍光測定と同様にして評価を行った。二光子蛍光の増強度を下記表1に示す。
(Comparative Example 1)
The gold nanorods prepared in Example 2 (obtained as a gold nanorod dispersion) were used as the nanoparticles of Comparative Example 1 (gold nanorods without a coating treatment or the like).
[Evaluation]
An evaluation solution (dispersion) in which the dispersion containing the nanoparticles of Comparative Example 1 (gold nanorod dispersion) and the two-photon fluorescent dye are mixed is prepared and evaluated in the same manner as the two-photon fluorescence measurement of Example 1. It was. The enhancement of two-photon fluorescence is shown in Table 1 below.

(比較例2)
実施例2で作成した卑金属被覆ナノ粒子2(銀被覆金ナノロッド分散液として得られたもの)を比較例2のナノ粒子とした。
[評価]
比較例2のナノ粒子を含む分散液(銀被覆金ナノロッド分散液)と前記二光子蛍光色素を混合した評価溶液(分散液)を調製し、実施例1の二光子蛍光測定と同様にして評価を行った。二光子蛍光の増強度を下記表1に示す。
(Comparative Example 2)
The base metal-coated nanoparticles 2 (obtained as a silver-coated gold nanorod dispersion) prepared in Example 2 were used as the nanoparticles of Comparative Example 2.
[Evaluation]
An evaluation solution (dispersion) in which the dispersion containing the nanoparticles of Comparative Example 2 (silver-coated gold nanorod dispersion) and the two-photon fluorescent dye are mixed is prepared and evaluated in the same manner as the two-photon fluorescence measurement of Example 1. Went. The enhancement of two-photon fluorescence is shown in Table 1 below.

(実施例3)
実施例2で作成した複合金属ナノ粒子2を含む分散液3mlに、3−アミノプロピルエチルジエトキシシランのアセトン溶液5vol%、0.5mlを加え、80℃で2時間加熱処理し、異方性銀被覆金ナノロッド表面にSiO2皮膜を形成した(絶縁層により被覆された複合金属ナノ粒子3)。
(Example 3)
To 3 ml of the dispersion containing composite metal nanoparticles 2 prepared in Example 2, 5 vol% of 3-aminopropylethyldiethoxysilane in acetone and 0.5 ml were added and heat-treated at 80 ° C. for 2 hours to coat with anisotropic silver A SiO 2 film was formed on the gold nanorod surface (composite metal nanoparticles 3 coated with an insulating layer).

[評価]
上記で作成した絶縁層により被覆された複合金属ナノ粒子3と前記二光子蛍光色素を混合した評価溶液(分散液)を調製し、実施例1の二光子蛍光測定と同様にして評価を行った。二光子蛍光の増強度を下記表1に示す。
[Evaluation]
An evaluation solution (dispersion) in which the composite metal nanoparticles 3 coated with the insulating layer prepared above and the two-photon fluorescent dye were mixed was prepared and evaluated in the same manner as the two-photon fluorescence measurement of Example 1. . The enhancement of two-photon fluorescence is shown in Table 1 below.

Figure 2011058050
Figure 2011058050

表1に示すように、ほぼ共鳴波長と同じ金ナノロッドを用いて二光子励起蛍光光量を比較することで、本発明の構成とされた複合金属ナノ粒子[卑金属被覆ナノ粒子(銀被覆ナノ粒子)の卑なる金属(銀)の少なくとも一部を貴なる金属(金)で部分置換したナノ粒子]により、大きなプラスモン増強効果が確認された。また、前記複合金属ナノ粒子の表面に絶縁層を設けることにより、更に大きな増強度を示すことが確認された。   As shown in Table 1, a composite metal nanoparticle [base metal-coated nanoparticle (silver-coated nanoparticle) having the structure of the present invention was prepared by comparing two-photon excitation fluorescence light amount using a gold nanorod having substantially the same resonance wavelength. Nanoparticles in which at least a part of the base metal (silver) is partially substituted with noble metal (gold)] have confirmed a large plasmon enhancing effect. In addition, it was confirmed that a further increase in strength was exhibited by providing an insulating layer on the surface of the composite metal nanoparticles.

本発明によれば、プラズモン増強場を発生させる貴なる金属により一部を置換した複合金属ナノ粒子の持つより強い表面プラズモン増強場を利用して、高感度に多光子吸収材料を増感したり、多光子吸収材料の反応を助長したりすることができ、各種応用分野、例えば、三次元多層光メモリへの応用、光造形用材料への応用、二光子蛍光顕微鏡への応用などに適用できる。しかも、小型で安価なレーザ光源が使用できるという利点がある。   According to the present invention, using a stronger surface plasmon enhancement field of a composite metal nanoparticle partially substituted with a noble metal that generates a plasmon enhancement field, the multiphoton absorption material can be sensitized with high sensitivity. The reaction of the multiphoton absorbing material can be promoted, and can be applied to various application fields, for example, application to a three-dimensional multilayer optical memory, application to an optical modeling material, application to a two-photon fluorescence microscope. Moreover, there is an advantage that a small and inexpensive laser light source can be used.

(図1の符号)
1 記録用レーザ光源
2 再生用レーザ光源
3 ピンホール
4 検出器
5 対物レンズ
6 三次元記録媒体
7 基板A
8 基板B又は反射層
9 記録層
10 記録ビット
11 多層ディスク
12 中間層(保護層)
13 記録用レーザ光
(図2の符号)
1 光硬化樹脂に対して透明性を有する近赤外パルスレーザ光の光源
3 過光量を時間的にコントロールするシャッター
4 NDフィルター
5 ミラースキャナー
6 Zステージ
7 集光手段としてのレンズ
8 コンピュータ
9 光硬化性樹脂液
10 光造形物
(図3の符号)
1 レーザ光源
2 光束変換光学系
3 走査光学系
4 対物レンズ系
5 標本面
6 ダイクロイックミラー
7 光検出器
(Reference in FIG. 1)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Recording laser light source 2 Reproducing laser light source 3 Pinhole 4 Detector 5 Objective lens 6 Three-dimensional recording medium 7 Substrate A
8 Substrate B or reflective layer 9 Recording layer 10 Recording bit 11 Multilayer disc 12 Intermediate layer (protective layer)
13 Recording laser beam (reference numeral in FIG. 2)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source of near-infrared pulsed laser light having transparency with respect to light curable resin 3 Shutter for temporally controlling excess light amount 4 ND filter 5 Mirror scanner 6 Z stage 7 Lens as light collecting means 8 Computer 9 Light curing Resin liquid 10 Stereolithography (reference numeral in FIG. 3)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser light source 2 Light beam conversion optical system 3 Scanning optical system 4 Objective lens system 5 Sample surface 6 Dichroic mirror 7 Photodetector

特開2004−156911号公報JP 2004-156911 A 特表2001−513198号公報Special table 2001-513198 gazette 特表2004−530869号公報JP-T-2004-530869 特開2005−068447号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-068447 特開2006−330683号公報JP 2006-330683 A 特開2008−055570号公報JP 2008-055570 A 特開2008−058209号公報JP 2008-058209 A 特表2001−524245号公報JP-T-2001-524245 特表2000−512061号公報Special table 2000-512061 gazette 特表2001−522119号公報Special table 2001-522119 gazette 特表2001−508221号公報Special table 2001-508221 gazette 特開平6−28672号公報JP-A-6-28672 特開平6−118306号公報JP-A-6-118306 特開2005−97718号公報JP-A-2005-97718 特開2006−169544号公報JP 2006-169544 A 特開2008−130102号公報JP 2008-130102 A

ナノ学会第2回大会、2P037The 2nd Annual Meeting of the Nano Society, 2P037 材料科学会ポリマー系ナノコンポジット分科会公演予稿集5(1),PP5−8Proceedings of polymer science nanocomposite subcommittee meeting 5 (1), PP5-8 Langmuir,2008,24,3465−3470Langmuir, 2008, 24, 3465-3470. Molecular Science,Vol.1 A0006(2007)Molecular Science, Vol. 1 A0006 (2007)

Claims (11)

形状異方性を有するナノ粒子の表面に被覆された卑なる金属(卑金属)の少なくとも一部を、プラズモン増強場を発生させ得る、前記卑金属よりも貴なる金属(貴金属)のイオンを含む溶液中でイオン化傾向の違いにより貴金属に置換することを特徴とする複合金属ナノ粒子の製造方法。   In a solution containing ions of a metal (noble metal) nobler than the base metal capable of generating a plasmon enhancement field at least part of the base metal (base metal) coated on the surface of the nanoparticle having shape anisotropy A method for producing composite metal nanoparticles, characterized by substituting a noble metal with a difference in ionization tendency. 前記形状異方性を有するナノ粒子を含む分散液を形成するナノ粒子分散液作製工程と、
前記分散液中の形状異方性を有するナノ粒子表面に卑金属を被覆する卑金属被覆ナノ粒子作製工程と、
前記卑金属被覆ナノ粒子の表面を被覆する卑金属の少なくとも一部を、前記貴金属のイオンを含む溶液中、前記卑金属と前記貴金属のイオン化傾向の違いにより貴金属に置換する貴金属置換工程と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の複合金属ナノ粒子の製造方法。
A nanoparticle dispersion preparing step of forming a dispersion containing nanoparticles having the shape anisotropy;
A base metal-coated nanoparticle production step of coating a base metal on the nanoparticle surface having shape anisotropy in the dispersion;
A noble metal substitution step of substituting at least a part of the base metal coating the surface of the base metal-coated nanoparticles with a noble metal due to a difference in ionization tendency between the base metal and the noble metal in a solution containing the noble metal ions;
The method for producing composite metal nanoparticles according to claim 1, comprising:
前記貴金属置換工程において、前記卑金属被覆ナノ粒子作製工程で用いた溶液をそのまま用い、該溶液に前記貴金属イオンを含有させて卑金属との置換を行うことを特徴とする請求項2に記載の複合金属ナノ粒子の製造方法。   3. The composite metal according to claim 2, wherein, in the noble metal substitution step, the solution used in the base metal-coated nanoparticle production step is used as it is, and the solution contains the noble metal ion to perform substitution with the base metal. A method for producing nanoparticles. 前記卑金属被覆ナノ粒子作製工程後に、前記卑金属の表面をシランカップリング剤で処理した後、該卑金属の少なくとも一部を、前記貴金属と置換することを特徴とする請求項2または3に記載の複合金属ナノ粒子の製造方法。   4. The composite according to claim 2, wherein after the base metal-coated nanoparticle production step, the surface of the base metal is treated with a silane coupling agent, and then at least a part of the base metal is replaced with the noble metal. A method for producing metal nanoparticles. 前記形状異方性を有するナノ粒子が、金ナノロッドであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の複合金属ナノ粒子の製造方法。   The method for producing composite metal nanoparticles according to claim 1, wherein the nanoparticles having shape anisotropy are gold nanorods. 前記形状異方性を有するナノ粒子表面に被覆された卑金属が銀であり、前記卑金属の少なくとも一部を置換する貴金属が金であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の複合金属ナノ粒子の製造方法。   6. The base metal coated on the surface of the nanoparticle having shape anisotropy is silver, and the noble metal that replaces at least a part of the base metal is gold. A method for producing composite metal nanoparticles. 前記形状異方性を有するナノ粒子を含む分散液を形成するナノ粒子分散液作製工程と、
前記分散液中の形状異方性を有するナノ粒子表面に卑金属を被覆する卑金属被覆ナノ粒子作製工程と、
前記卑金属被覆ナノ粒子の表面を被覆する卑金属の少なくとも一部を、前記貴金属のイオンを含む溶液中、前記卑金属と前記貴金属のイオン化傾向の違いにより貴金属に置換する貴金属置換工程と、を含み、
前記卑金属被覆ナノ粒子作製工程における分散液中に、金ナノロッド、硝酸銀、アスコルビン酸およびアミン類を含み、該分散液の還元反応により、前記金ナノロッド表面に銀を異方成長させることを特徴とする請求項5または6に記載の複合金属ナノ粒子の製造方法。
A nanoparticle dispersion preparing step of forming a dispersion containing nanoparticles having the shape anisotropy;
A base metal-coated nanoparticle production step of coating a base metal on the nanoparticle surface having shape anisotropy in the dispersion;
A noble metal substitution step of substituting at least a part of the base metal that coats the surface of the base metal-coated nanoparticles with a noble metal due to a difference in ionization tendency of the base metal and the noble metal in a solution containing ions of the noble metal, and
The dispersion liquid in the base metal-coated nanoparticle production step includes gold nanorods, silver nitrate, ascorbic acid and amines, and silver is anisotropically grown on the gold nanorod surface by a reduction reaction of the dispersion liquid. The manufacturing method of the composite metal nanoparticle of Claim 5 or 6.
前記複合金属ナノ粒子の表面が、絶縁層により被覆されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の複合金属ナノ粒子の製造方法。   8. The method for producing composite metal nanoparticles according to claim 1, wherein a surface of the composite metal nanoparticles is covered with an insulating layer. 請求項1乃至8のいずれかに記載の製造方法により得られる複合金属ナノ粒子であって、
形状異方性を有するナノ粒子の表面に被覆された卑金属の少なくとも一部が、プラズモン増強場を発生させ得る、前記卑金属よりも貴なる金属(貴金属)により置換されてなることを特徴とする複合金属ナノ粒子。
A composite metal nanoparticle obtained by the production method according to any one of claims 1 to 8,
A composite characterized in that at least a part of a base metal coated on the surface of a nanoparticle having shape anisotropy is substituted with a metal (noble metal) nobler than the base metal capable of generating a plasmon enhancement field. Metal nanoparticles.
請求項1乃至8のいずれかに記載の製造方法により得られる複合金属ナノ粒子を含むことを特徴とする多光子吸収材料。   A multiphoton absorption material comprising composite metal nanoparticles obtained by the production method according to claim 1. 請求項1乃至8のいずれかに記載の製造方法により得られる複合金属ナノ粒子を含むことを特徴とする多光子吸収反応助剤。   A multiphoton absorption reaction aid comprising composite metal nanoparticles obtained by the production method according to claim 1.
JP2009208954A 2009-09-10 2009-09-10 Composite metal nanoparticle and method for producing the same, and multiphoton absorption material or multiphoton absorption reaction auxiliary containing composite metal nanoparticle Pending JP2011058050A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009208954A JP2011058050A (en) 2009-09-10 2009-09-10 Composite metal nanoparticle and method for producing the same, and multiphoton absorption material or multiphoton absorption reaction auxiliary containing composite metal nanoparticle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009208954A JP2011058050A (en) 2009-09-10 2009-09-10 Composite metal nanoparticle and method for producing the same, and multiphoton absorption material or multiphoton absorption reaction auxiliary containing composite metal nanoparticle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011058050A true JP2011058050A (en) 2011-03-24

Family

ID=43946003

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009208954A Pending JP2011058050A (en) 2009-09-10 2009-09-10 Composite metal nanoparticle and method for producing the same, and multiphoton absorption material or multiphoton absorption reaction auxiliary containing composite metal nanoparticle

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011058050A (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001151894A (en) * 1999-11-26 2001-06-05 Sekisui Chem Co Ltd Electroconductive fine particle and electroconductive joint structure
JP2001152045A (en) * 1999-11-29 2001-06-05 Shin Etsu Chem Co Ltd Gold-plated silica and method for producing the same
JP2002004057A (en) * 2000-06-23 2002-01-09 Shin Etsu Chem Co Ltd Method of producing metal-coated powder
JP2003147315A (en) * 2001-11-16 2003-05-21 Hitachi Chem Co Ltd Adhesive resin paste composition and semiconductor device using the same
JP2004063445A (en) * 2002-06-07 2004-02-26 Hitachi Chem Co Ltd Conductive paste
JP2006216343A (en) * 2005-02-03 2006-08-17 Alps Electric Co Ltd Conductive material
WO2009054371A1 (en) * 2007-10-23 2009-04-30 Ube-Nitto Kasei Co., Ltd. Method for formation of metal coating film, and electrically conductive particle

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001151894A (en) * 1999-11-26 2001-06-05 Sekisui Chem Co Ltd Electroconductive fine particle and electroconductive joint structure
JP2001152045A (en) * 1999-11-29 2001-06-05 Shin Etsu Chem Co Ltd Gold-plated silica and method for producing the same
JP2002004057A (en) * 2000-06-23 2002-01-09 Shin Etsu Chem Co Ltd Method of producing metal-coated powder
JP2003147315A (en) * 2001-11-16 2003-05-21 Hitachi Chem Co Ltd Adhesive resin paste composition and semiconductor device using the same
JP2004063445A (en) * 2002-06-07 2004-02-26 Hitachi Chem Co Ltd Conductive paste
JP2006216343A (en) * 2005-02-03 2006-08-17 Alps Electric Co Ltd Conductive material
WO2009054371A1 (en) * 2007-10-23 2009-04-30 Ube-Nitto Kasei Co., Ltd. Method for formation of metal coating film, and electrically conductive particle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5117679B2 (en) Dye material using multiphoton absorption material, method for producing dye material, multiphoton absorption reaction material, reaction product of multiphoton absorption reaction material, multiphoton absorption reaction aid, and dye solution
JP5157284B2 (en) Photosensitized composite material and three-dimensional memory material and recording medium, light limiting material and element, photocurable material and stereolithography system, fluorescent material and apparatus for multiphoton fluorescence microscope
TWI489193B (en) Multiphoton absorption functional material, composite layer having multiphoton absorption function and mixture, and use thereof
JP5417684B2 (en) Mixture, optical recording medium using the same, photoelectric conversion element, light limiting element, and optical modeling system
JP2009221563A (en) Gold nanorod, method for producing the same, electromagnetic wave absorber using the nanorod, color material, optical recording material, and two photon reaction material
US20090075014A1 (en) Optical recording method and reproducing method
JP5151097B2 (en) Composite metal nanoparticles, multiphoton absorption reaction materials and reaction products containing composite metal nanoparticles, and multiphoton absorption reaction aids containing composite metal nanoparticles
EP2243783B1 (en) Bisporphyrin conjugates as two photon absorption materials
JP2010197746A (en) Multiphoton absorbing material, reaction aid, and method of manufacturing these
JP2008058209A (en) Composite metal nano particle, multiphoton absorbing reaction material containing composite metal nano particle, reaction product and multiphoton absorbing reaction aid containing composite metal nano particle
JP4605796B2 (en) Multi-photon absorption functional material, optical recording medium using the same, optical limiting element, and optical modeling system
JP5343479B2 (en) Two-photon absorbing organic materials and their applications
JP2011058050A (en) Composite metal nanoparticle and method for producing the same, and multiphoton absorption material or multiphoton absorption reaction auxiliary containing composite metal nanoparticle
JP5610114B2 (en) Composite member, stereolithography system equipped with composite member
JP5151124B2 (en) Light limiting element and stereolithography system
JP5339242B2 (en) Two-photon absorption materials and their applications
JP5047651B2 (en) Two-photon absorption materials and their applications
JP2008163184A (en) Two-photon absorption material and its application
CN101166793A (en) Dye material, dye solution and multiphoton absorption reaction material using the same, reaction product, multiphoton absorption reaction material, gold nanorods and manufacturing method of gold nanor
JP5453818B2 (en) Two-photon absorption materials and their applications
JP2009053247A (en) Two-photon absorbing mixture and optical recording medium

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120705

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130510

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20130730

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20140318