JP2010156581A - Multiphoton excitation device, and method for manufacturing same - Google Patents

Multiphoton excitation device, and method for manufacturing same Download PDF

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JP2010156581A JP2008334142A JP2008334142A JP2010156581A JP 2010156581 A JP2010156581 A JP 2010156581A JP 2008334142 A JP2008334142 A JP 2008334142A JP 2008334142 A JP2008334142 A JP 2008334142A JP 2010156581 A JP2010156581 A JP 2010156581A
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Yoshio Inagaki
由夫 稲垣
Masayuki Naya
昌之 納谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve energy utilization efficiency by reducing energy disappearance caused by metal extinction generated in a compound by multiphoton excitation gold, in a multiphoton excitation device utilizing localized plasmon. <P>SOLUTION: This multiphoton excitation device including a substrate 13 including a dielectric layer 12 having a plurality of fine holes 15 opened at least on one surface, and a plurality of fine metal bodies 14 formed in the fine holes 15, is constituted so as to include a plurality of multiphoton excitation complex compounds expressed by a general formula D-L-A bonded to the surface of the fine metal bodies 14. In this case, D is a multiphoton excitation portion having a π-electron conjugate system capable of generating multiphoton excitation by absorbing light energy of irradiation light P, and A is a bonding portion bonding to the fine metal body 14, and L is a connection group for connecting the multiphoton excitation portion D to the bonding portion A. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、照射光の光エネルギーを吸収して多光子励起を生じ得るπ電子共役系材料を利用する多光子励起装置、及びその作製方法に関する。   The present invention relates to a multiphoton excitation device using a π-electron conjugated material that can absorb light energy of irradiation light and generate multiphoton excitation, and a manufacturing method thereof.

通常有機化合物は、その励起エネルギーに相当する1個の光子エネルギーを吸収して励起され、1個の光子エネルギーがその励起エネルギーに満たない場合にはその1個の光子エネルギーを吸収しない。しかし、光の強度が非常に強い(光子密度が非常に高い)場合には、2個の光子エネルギーの和により励起状態を生じる2光子励起化合物がある。この性質を利用すると、光子密度が高い領域のみで励起状態をつくることができたり、また照射した光の波長よりも波長の短い(エネルギーの高い)光を取り出すことができたりする。しかしながら、2光子励起効率は通常非常に小さいので、より2光子励起効率が高い2光子励起化合物が求められていた。2光子吸収の起こり易さを示す2光子吸収断面積は、通常非常に小さく1GM(Goeppert Mayer:1GM=1×10−50cm・s・molecule-1・photon-1)程度である。しかし、近年数百ないし数千GM程度の比較的大きな2光子吸収断面積を示す2光子励起化合物も見出されている。2光子吸収断面積の比較的大きい化合物の例は、例えば特許文献1および非特許文献1に記載または引用されている。 Usually, an organic compound absorbs one photon energy corresponding to its excitation energy, and does not absorb one photon energy when one photon energy is less than the excitation energy. However, when the intensity of light is very strong (photon density is very high), there are two-photon excited compounds that generate an excited state by the sum of two photon energies. By utilizing this property, an excited state can be created only in a region where the photon density is high, or light having a shorter wavelength (higher energy) than the wavelength of irradiated light can be extracted. However, since the two-photon excitation efficiency is usually very small, a two-photon excitation compound having a higher two-photon excitation efficiency has been demanded. The two-photon absorption cross-section indicating the ease of two-photon absorption is usually very small and about 1 GM (Goepper Mayer: 1GM = 1 × 10 −50 cm 4 · s · molecule-1 · photon-1). However, two-photon excitation compounds having a relatively large two-photon absorption cross section of about several hundred to several thousand GM have been found in recent years. Examples of compounds having a relatively large two-photon absorption cross-sectional area are described or cited in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, for example.

また、例えば特許文献2には、局在プラズモンによる電場増強効果を利用して効率良く2光子励起を生じせしめる方法が教示されている。この電場増強効果の及ぶ領域は、局在プラズモンによる光閉じ込め効果により金属体のごく近傍に限られるため、連結基を介して2光子励起化合物を金属体に固定することにより2光子励起を生じせしめている。
特開2008−203573号公報 特開2008−170418号公報 稲垣由夫、秋葉雅温、レーザー研究 vol.31, 392-396 (2003)
Further, for example, Patent Document 2 teaches a method for efficiently generating two-photon excitation using an electric field enhancement effect by a localized plasmon. Since the region where this electric field enhancement effect reaches is limited to the vicinity of the metal body due to the light confinement effect by the localized plasmon, the two-photon excitation compound is fixed to the metal body via a linking group, thereby generating two-photon excitation. ing.
JP 2008-203573 A JP 2008-170418 A Yoshio Inagaki, Masanori Akiba, Laser Research vol.31, 392-396 (2003)

しかしながら、2光子励起化合物等の多光子励起化合物(2以上の光子エネルギーを吸収し励起状態を形成する化合物)の近傍に金属体が存在する場合には、多光子励起化合物から金属体へエネルギー移動が起こり多光子励起化合物内のエネルギーが消失される、いわゆる金属消光の問題がある。金属消光が生じると電場増強効果によって多光子励起を効率よく生じせしめることができたとしても、多光子励起化合物内のエネルギーを金属体に奪われてしまうためエネルギーの利用効率が低下してしまう。   However, when a metal body exists in the vicinity of a multi-photon excitation compound such as a two-photon excitation compound (a compound that absorbs two or more photon energies to form an excited state), energy transfer from the multi-photon excitation compound to the metal body Is a problem of so-called metal quenching, in which energy in the multiphoton excited compound is lost. When metal quenching occurs, even if multi-photon excitation can be efficiently generated due to the electric field enhancement effect, the energy in the multi-photon excitation compound is deprived by the metal body, resulting in a decrease in energy use efficiency.

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、金属消光を防止し、多光子励起化合物内に生じせしめたエネルギーを効率よく利用することを可能とする多光子励起装置およびその作製方法を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a multiphoton excitation device and a method for manufacturing the same that prevent metal quenching and can efficiently use energy generated in the multiphoton excitation compound. It is intended to do.

上記課題を解決するために、本発明に係る多光子励起装置は、
少なくとも一表面に開口している複数の微細孔を有する誘電体層を含む基板と、
微細孔内に充填された充填部と、充填部上に誘電体層表面より突出するように形成されかつ照射光に起因して局在プラズモンを誘起し得る径を有する突出部とからなる複数の微細金属体とを備える多光子励起装置であって、
突出部の表面に結合した、下記一般式(I)で表される複数の多光子励起複合化合物を有することを特徴とするものである。
一般式(I):D−L−A
ここで、一般式(I)中、Dは照射光の光エネルギーを吸収して多光子励起を生じ得るπ電子共役系を有する多光子励起部を表し、Aは突出部と結合する結合部を表し、Lは多光子励起部と結合部とを連結する連結基を表す。
In order to solve the above problems, a multiphoton excitation device according to the present invention is:
A substrate comprising a dielectric layer having a plurality of micropores open on at least one surface;
A plurality of filling portions filled in the micropores and protruding portions formed on the filling portion so as to protrude from the surface of the dielectric layer and having a diameter capable of inducing localized plasmons due to irradiation light. A multiphoton excitation device comprising a fine metal body,
It has a plurality of multiphoton excited composite compounds represented by the following general formula (I) bonded to the surface of the protruding portion.
Formula (I): D-LA
Here, in the general formula (I), D represents a multiphoton excitation part having a π-electron conjugated system that can absorb the light energy of the irradiation light and cause multiphoton excitation, and A represents a coupling part that is coupled to the protrusion. L represents a linking group that links the multiphoton excitation part and the bond part.

ここで、局在プラズモンを誘起し得る「径」とは、光の照射に起因して局在プラズモンが生じる程度に微小な、誘電体層表面に平行な方向の突出部の最大長を意味するものとする。   Here, the “diameter” capable of inducing localized plasmon means the maximum length of the protrusion in the direction parallel to the surface of the dielectric layer that is so small that localized plasmon is generated due to light irradiation. Shall.

「多光子励起複合化合物」とは、多光子励起化合物の残基である多光子励起部と、金属体と結合する結合部と、多光子励起部および結合部を連結する連結基とが結合することにより形成される化合物を意味するものとする。   A “multiphoton excited composite compound” is a combination of a multiphoton excitation part that is a residue of a multiphoton excitation compound, a binding part that binds to a metal body, and a linking group that connects the multiphoton excitation part and the binding part. Means a compound formed by

「多光子励起」とは、基底状態からある励起状態に遷移するために必要なエネルギー(励起エネルギー)の1/nのエネルギーを持つn個の光子を同時に吸収して、当該励起状態に遷移することを意味するものとする。ここで、nは2以上の自然数である。例えば、励起エネルギーの半分のエネルギーを持つ光子を2つ同時に吸収して励起する場合には、2光子励起という。この場合、2光子励起において必要な光の波長は、通常の励起において必要な光の波長の2倍となる。   “Multi-photon excitation” means that n photons having energy 1 / n of the energy (excitation energy) required to make a transition from the ground state to a certain excited state are absorbed simultaneously, and a transition is made to the excited state. It means that. Here, n is a natural number of 2 or more. For example, when two photons having half the excitation energy are simultaneously absorbed and excited, this is called two-photon excitation. In this case, the wavelength of light necessary for two-photon excitation is twice the wavelength of light necessary for normal excitation.

さらに、本発明に係る多光子励起装置において、結合部は、硫黄原子によって突出部と結合する含硫黄結合部であることが好ましい。また、連結基は、脂肪族鎖からなる主鎖を有することが好ましい。   Furthermore, in the multiphoton excitation device according to the present invention, the bonding portion is preferably a sulfur-containing bonding portion that is bonded to the protruding portion by a sulfur atom. The linking group preferably has a main chain composed of an aliphatic chain.

そして、連結基は、下記一般式(II)で表される構造を含むことが好ましい。
一般式(II):−(G−T
ここで、一般式(II)中、Gは−C(=O)−、−O−、−NR−、−(N含有複素環)−、−S−、−SO−、−SO−、−P(=O)<、またはこれらの結合からなる2価もしくは3価の部分連結基を表し、Tは脂肪族基を表し、a、bおよびcはそれぞれ0から2の整数、1から100の整数および1から100の整数を表す。ここで、Rは水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1〜18のアルキル基、または炭素原子数6〜18のアリール基を表す。また、cが2以上の整数の場合には、それぞれのcについてGおよびT並びにaおよびbは同一であっても異なっていてもよい。
And it is preferable that a coupling group contains the structure represented by the following general formula (II).
Formula (II):-(G a -T b ) c-
Here, in the general formula (II), G represents —C (═O) —, —O—, —NR 1 —, — (N-containing heterocycle) —, —S—, —SO—, —SO 2 —. , -P (= O) <, or a divalent or trivalent partial linking group comprising these bonds, T represents an aliphatic group, a, b and c are each an integer of 0 to 2, 1 to An integer of 100 and an integer of 1 to 100 are represented. Here, R 1 represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 18 carbon atoms. When c is an integer of 2 or more, G and T and a and b may be the same or different for each c.

また、多光子励起部は、下記一般式(III)または一般式(IV)で表される化合物から導かれる残基であることが好ましい。   The multiphoton excitation part is preferably a residue derived from a compound represented by the following general formula (III) or general formula (IV).

一般式(III):

Figure 2010156581
General formula (III):
Figure 2010156581

一般式(IV):

Figure 2010156581
General formula (IV):
Figure 2010156581

ここで、一般式(III)又は(IV)中、Yは、メチン基、メチレン基またはアミンを表す。これらのメチン基およびメチレン基は、ハロゲン原子、炭素原子数1〜18のアルキル基、炭素原子数1〜18のアルコキシ基および炭素原子数6〜18のアリール基からなる群より選択される少なくとも1つの置換基でそれぞれ置換されていてもよい。iは1〜4の整数を表す。R101及びR102は、それぞれ独立に水素原子、炭素原子数1〜18のアルキル基、または炭素原子数6〜18のアリール基を表す。R103、R104及びR105は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1〜18のアルキル基、または炭素原子数6〜18のアリール基を表す。jは0〜3の整数を表す。R106及びR107は、それぞれ独立に炭素原子数1〜18のアルキル基または炭素原子数6〜18のアリール基を表す。R108、R109、R110、R111は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アミノ基、ヒドロキシル基、炭素原子数1〜18のアルキル基、炭素原子数1〜18のアルコキシ基、炭素原子数1〜18のアシル基、炭素原子数1〜18のアシルアミノ基、炭素原子数1〜18のカルバモイル基、炭素原子数1〜18のスルホンアミド基、炭素原子数1〜18のスルファモイル基、炭素原子数1〜18のアルキルアミノ基、または炭素原子数6〜18のアリールアミノ基を表す。ここでR108〜R111について、上記に挙げた基は互いに連結して環を形成していてもよい。また、R101〜R111のいずれか1つは、前記連結基を形成するのに必要な官能基を少なくとも一つ有する。さらに、本段落に記載のアルキル基およびアルコキシ基は、一部不飽和結合を有していたりへテロ原子で置換されていたり分岐していたりしてもよい。そして、アリール基は多環芳香族炭化水素基も含むものである。 Here, in general formula (III) or (IV), Y represents a methine group, a methylene group or an amine. These methine groups and methylene groups are at least one selected from the group consisting of a halogen atom, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 18 carbon atoms, and an aryl group having 6 to 18 carbon atoms. Each may be substituted with two substituents. i represents an integer of 1 to 4; R 101 and R 102 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 18 carbon atoms. R 103 , R 104 and R 105 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 18 carbon atoms. j represents an integer of 0 to 3. R 106 and R 107 each independently represents an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms or an aryl group having 6 to 18 carbon atoms. R 108 , R 109 , R 110 and R 111 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a cyano group, an amino group, a hydroxyl group, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 18 carbon atoms. , An acyl group having 1 to 18 carbon atoms, an acylamino group having 1 to 18 carbon atoms, a carbamoyl group having 1 to 18 carbon atoms, a sulfonamide group having 1 to 18 carbon atoms, and a sulfamoyl group having 1 to 18 carbon atoms Group, an alkylamino group having 1 to 18 carbon atoms, or an arylamino group having 6 to 18 carbon atoms. Here, for R 108 to R 111 , the groups listed above may be linked to each other to form a ring. Further, any one of R 101 to R 111 may be at least one organic functional groups necessary to form the linking group. Furthermore, the alkyl group and alkoxy group described in this paragraph may have a partially unsaturated bond, be substituted with a hetero atom, or be branched. The aryl group includes a polycyclic aromatic hydrocarbon group.

さらに、多光子励起部は、多光子励起に起因して照射光の波長よりも短い波長の光を発するものであることが好ましい。   Furthermore, the multiphoton excitation part preferably emits light having a wavelength shorter than the wavelength of the irradiation light due to the multiphoton excitation.

そして、多光子励起部は、多光子励起により得たエネルギーの少なくとも一部を供与するエネルギー供与体として働くものであり、
突出部の表面に連結された、エネルギー供与体から供与されたエネルギーを受容するエネルギー受容体を有し、エネルギー供与体およびエネルギー受容体により光化学系複合体が形成されているように構成することができる。
And the multiphoton excitation part works as an energy donor that donates at least part of the energy obtained by the multiphoton excitation,
It has an energy acceptor coupled to the surface of the protrusion and accepts energy donated from an energy donor, and is configured such that a photochemical complex is formed by the energy donor and the energy acceptor. it can.

さらに、本発明に係る多光子励起装置の作製方法は、
少なくとも一表面に開口している複数の微細孔を有する誘電体層を含む基板、および
微細孔内に充填された充填部と、充填部上に誘電体層表面より突出するように形成されかつ照射光に起因して局在プラズモンを誘起し得る径を有する突出部とからなる複数の微細金属体を用意して、
上記一般式(I)で表される複数の多光子励起複合化合物を突出部の表面に結合させるものである。
Furthermore, a method for producing a multiphoton excitation device according to the present invention includes:
A substrate including a dielectric layer having a plurality of micropores opened on at least one surface, a filling portion filled in the micropores, and formed on the filling portion so as to protrude from the surface of the dielectric layer and irradiated Prepare a plurality of fine metal bodies consisting of protrusions having diameters that can induce localized plasmons due to light,
A plurality of multiphoton excited composite compounds represented by the above general formula (I) are bonded to the surface of the protrusion.

そして、本発明に係る多光子励起装置の作製方法において、
結合部は、硫黄原子を含む含硫黄結合部であり、
硫黄原子によって、連結基と突出部とを結合させることが好ましい。
And in the manufacturing method of the multiphoton excitation device according to the present invention,
The bond is a sulfur-containing bond containing a sulfur atom,
It is preferable to couple the linking group and the protruding portion with a sulfur atom.

また、多光子励起部は多光子励起により得たエネルギーの少なくとも一部を供与するエネルギー供与体として働くものとし、
エネルギー供与体から供与されたエネルギーを受容するエネルギー受容体を突出部に連結して、エネルギー供与体およびエネルギー受容体からなる光化学系複合体を形成することができる。
In addition, the multiphoton excitation part acts as an energy donor that provides at least a part of the energy obtained by the multiphoton excitation,
An energy acceptor that accepts energy donated from the energy donor can be connected to the protrusion to form a photochemical complex composed of the energy donor and the energy acceptor.

さらに、被陽極酸化物質に陽極酸化処理を施して、陽極酸化処理を施した陽極酸化面に開口を有する複数の微細孔を形成することにより、上記誘電体層を形成することが好ましい。   Furthermore, it is preferable to form the dielectric layer by subjecting the material to be anodized to anodization and forming a plurality of fine holes having openings on the anodized surface subjected to the anodization.

本発明に係る多光子励起装置及びその作製方法は、多光子励起複合化合物の微細金属体への結合において、連結基を介して多光子励起を生じ得る多光子励起部を微細金属体の突出部に連結するように構成している。したがって、多光子励起部と微細金属体とを電子的に隔離させることができるため、金属消光の影響を低減することができる。これにより、多光子励起装置において、多光子励起複合化合物内の多光子励起部で生じせしめたエネルギーを効率よく利用することが可能となる。   The multiphoton excitation device and the manufacturing method thereof according to the present invention provide a multiphoton excitation part capable of generating multiphoton excitation via a linking group in the bonding of a multiphoton excitation composite compound to a fine metal body. It is comprised so that it may connect. Therefore, since the multiphoton excitation part and the fine metal body can be electronically isolated, the influence of metal quenching can be reduced. Thereby, in the multiphoton excitation device, it is possible to efficiently use the energy generated in the multiphoton excitation part in the multiphoton excitation composite compound.

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。   Hereinafter, although an embodiment of the present invention is described using a drawing, the present invention is not limited to this.

「多光子励起部と連結基との複合化合物」
まず、本発明における多光子励起部、連結基および結合部の化合物Cd(以下、多光子励起複合化合物)について説明する。この多光子励起複合化合物Cdは、図1Aに示すように、複数の微細孔15にそれぞれ形成された複数の微細金属体14に結合部によって結合されて使用される。図1Bは、多光子励起複合化合物Cdが微細金属体14の突出部14bに結合している様子を示す概略断面図である。
"Compound compound of multiphoton excitation part and linking group"
First, the compound Cd of the multiphoton excitation part, the linking group, and the bonding part in the present invention (hereinafter, multiphoton excitation composite compound) will be described. As shown in FIG. 1A, the multiphoton excited composite compound Cd is used by being bonded to a plurality of fine metal bodies 14 respectively formed in a plurality of fine holes 15 by a connecting portion. FIG. 1B is a schematic cross-sectional view showing a state in which the multiphoton excited composite compound Cd is bonded to the protruding portion 14 b of the fine metal body 14.

多光子励起複合化合物Cdは、照射光Pの光エネルギーを吸収して多光子励起を生じ得るπ電子共役系を有する多光子励起部Dと、突出部14bに結合する結合部Aと、多光子励起部Dと結合部Aとを連結する連結基Lとからなり、これらを用いて下記一般式(I)で表されるものである。
一般式(I):D−L−A
以下、多光子励起部D、連結基Lおよび結合部Aの詳細について説明する。
The multiphoton excited composite compound Cd includes a multiphoton excitation part D having a π-electron conjugated system capable of absorbing the light energy of the irradiation light P and causing multiphoton excitation, a coupling part A coupled to the protrusion 14b, and a multiphoton. It consists of a linking group L that connects the excitation part D and the bond part A, and is represented by the following general formula (I).
Formula (I): D-LA
Hereinafter, details of the multiphoton excitation part D, the linking group L, and the bonding part A will be described.

まず、多光子励起部Dについて説明する。図1B中のDは、400nmより長波の波長における多光子吸収断面積が100GM以上である多光子励起化合物残基からなる多光子励起部を表す。本発明に係る多光子励起装置において、電場増強された近接場光(光子密度の高い光)のみに感応して機能を発揮する多光子励起部Dの作動原理については以下の通りである。ここで、多光子励起のうち具体的に2光子励起を例に説明するが、これに限られるものではない。   First, the multiphoton excitation part D will be described. D in FIG. 1B represents a multiphoton excitation part composed of a multiphoton excitation compound residue having a multiphoton absorption cross section of 100 GM or more at a wavelength longer than 400 nm. In the multi-photon excitation device according to the present invention, the operation principle of the multi-photon excitation unit D that functions in response to only the near-field light (light with high photon density) enhanced by the electric field is as follows. Here, although two-photon excitation is specifically described as an example of multiphoton excitation, the present invention is not limited to this.

通常有機化合物は、その励起エネルギーに相当する1個の光子エネルギーを吸収して励起され、1個の光子エネルギーがその励起エネルギーに満たない場合にはその1個の光子エネルギーを吸収しない。しかし、光の強度が非常に強い(光子密度が非常に高い)場合には、2個の光子エネルギーの和により励起状態を生じる2光子励起化合物がある。2光子励起の起こり易さを示す2光子吸収断面積は通常非常に小さく1GM(Goeppert Mayer:1GM=1×10−50cm・s・molecule-1・photon-1)程度であるが、近年、数百ないし数千GM程度の比較的大きな2光子吸収断面積を示す物質も見出されている。このような物質を用いると光吸収帯が無い波長域の光でも、高出力レーザのように非常に強度が強い光を照射することにより、効率よく2光子励起を生じせしめることができる。 Usually, an organic compound absorbs one photon energy corresponding to its excitation energy, and does not absorb one photon energy when one photon energy is less than the excitation energy. However, when the intensity of light is very strong (photon density is very high), there are two-photon excited compounds that generate an excited state by the sum of two photon energies. The two-photon absorption cross-section indicating the ease of two-photon excitation is usually very small, about 1 GM (Goepper Mayer: 1 GM = 1 × 10 −50 cm 4 · s · molecule-1 · photon-1). Also, a substance having a relatively large two-photon absorption cross section of about several hundred to several thousand GM has been found. When such a substance is used, even light in a wavelength region having no light absorption band can be efficiently generated by two-photon excitation by irradiating light with very strong intensity such as a high-power laser.

例えば400nmに1光子の吸収極大波長を示し800nmには吸収帯が無い2光子励起化合物に、800nmの波長の高出力レーザを照射することによって、400nmの光を照射した場合に生じる励起状態に近い励起状態を作ることができる。もしこの2光子励起化合物が400nmの光で励起された場合に例えば430nmの蛍光を発するなら、800nmの光を吸収した場合にも430nmの蛍光を生じせしめることができる。さらに、430nmの光を吸収して460nmの蛍光を発する化合物が共存すれば、800nmの高出力レーザの照射により460nmの蛍光を生じせしめることができる。   For example, a two-photon excitation compound that exhibits an absorption maximum wavelength of 1 photon at 400 nm and no absorption band at 800 nm is irradiated with a high-power laser with a wavelength of 800 nm, which is close to the excited state that occurs when 400 nm light is irradiated. An excited state can be created. If this two-photon excitation compound emits fluorescence of, for example, 430 nm when excited by light of 400 nm, fluorescence of 430 nm can be generated even when absorbing light of 800 nm. Furthermore, if a compound that absorbs light at 430 nm and emits fluorescence at 460 nm coexists, irradiation with high-power laser at 800 nm can generate fluorescence at 460 nm.

本発明においては光子密度が高い状態を、局在プラズモンにより電場増強された近接場光によって形成している。近接場光は、局在プラズモンが生じている突出部の径程度の領域にのみ生じる光である。したがって、この近接場光を利用することにより、突出部近傍の存在する2光子励起化合物のみを励起することが可能となる。   In the present invention, a state in which the photon density is high is formed by near-field light whose electric field is enhanced by localized plasmons. Near-field light is light that is generated only in a region that is approximately the diameter of the protruding portion where localized plasmons are generated. Therefore, by using this near-field light, it is possible to excite only the two-photon excitation compound existing in the vicinity of the protrusion.

本発明の目的に適合し得る程に効率よく2光子励起が起きるためには、2光子吸収断面積は、便宜上GMを単位として表すと、100GM以上あることが好ましく、さらに好ましくは1,000GM以上、特に好ましくは100,000GMないし1,000,000,000GMである。2光子吸収断面積の測定は、下記の非特許文献に記載された蛍光法またはZ-scan法により行うことができる。蛍光法については、C.Xu and W.W.Webb,Journal of The Optical Society of America,B,13,481(1996)に記載がある。またZ-scan法については、K.Kamada,K.Matsumoto,A.Yoshino,K.Ohta,Journal of The Optical Society of America,B,20,529(2003)や、P.Audebert,K.Kamada,K.Matsunaga,K.Ohta,Chemical Physics Letters,367,62(2003)に記載がある。   In order for two-photon excitation to occur efficiently enough to meet the object of the present invention, the two-photon absorption cross section is preferably 100 GM or more, more preferably 1,000 GM or more, when expressed in units of GM for convenience. Particularly preferred is 100,000 GM to 1,000,000,000 GM. The two-photon absorption cross section can be measured by the fluorescence method or the Z-scan method described in the following non-patent document. The fluorescence method is described in C. Xu and W. W. Webb, Journal of The Optical Society of America, B, 13, 481 (1996). Regarding the Z-scan method, K. Kamada, K. Matsumoto, A. Yoshino, K. Ohta, Journal of The Optical Society of America, B, 20, 529 (2003), P. Audebert, K. Kamada, K. Matsunaga, K. Ohta, Chemical Physics Letters, 367, 62 (2003).

また、2光子吸収波長領域は、400nmより長波が好ましく、500〜1100nmがより好ましい。多光子励起部Dは、多光子励起に起因して照射光の波長よりも短い波長の光を発するものであることが好ましい。このような場合には、多光子励起装置を光学素子や波長変換素子として利用することができる。   Further, the two-photon absorption wavelength region preferably has a longer wave than 400 nm, and more preferably 500 to 1100 nm. It is preferable that the multiphoton excitation part D emits light having a wavelength shorter than the wavelength of irradiation light due to multiphoton excitation. In such a case, the multiphoton excitation device can be used as an optical element or a wavelength conversion element.

400nmより長波における2光子吸収断面積が100GM以上の2光子励起化合物としては、公知の光吸収剤が挙げられ、例えば、上記[背景技術]の項で列挙した文献に記載されたものなどが挙げられる。具体的には、例えば、カルコン系化合物、ジベンジルアセトン系化合物、メロシアニン色素、チオピリリウム色素、ピリリウム色素、シアルキルアミノスチルベン化合物、アクリジニウム色素、キサンテン色素、チアゼン色素等の他、シアニン色素、スクアリウム色素、キサンテン系色素、トリフェニルメタン系色素、およびチオキサントン等を挙げることができる。   Examples of the two-photon excitation compound having a two-photon absorption cross-section at a wavelength of longer than 400 nm of 100 GM or more include known light absorbers, for example, those described in the literature listed in the above [Background Art] section. It is done. Specifically, for example, chalcone compounds, dibenzylacetone compounds, merocyanine dyes, thiopyrylium dyes, pyrylium dyes, sialkylaminostilbene compounds, acridinium dyes, xanthene dyes, thiazene dyes, cyanine dyes, squalium dyes, Examples include xanthene dyes, triphenylmethane dyes, and thioxanthone.

また、その他の例として、アントラセン、フェナンスレン、ピレン等の多核芳香族化合物、アクリジン、カルバゾール、フェノチアジン等の多核ヘテロ芳香族化合物およびそれらの誘導体を挙げることができる。そして、これらの化合物から導かれる残基が多光子励起部Dとなる。   Other examples include polynuclear aromatic compounds such as anthracene, phenanthrene, and pyrene, polynuclear heteroaromatic compounds such as acridine, carbazole, and phenothiazine, and derivatives thereof. And the residue guide | induced from these compounds becomes the multiphoton excitation part D.

さらに、下記の化学式3に示すようなキサンテン系色素の一種であるリサミン・ローダミンBスルホニルクロリド異性体混合物等も好ましい。ここで、XはClまたはOHである。   Furthermore, a lissamine / rhodamine B sulfonyl chloride isomer mixture, which is a kind of xanthene dye as shown in the following chemical formula 3, is also preferable. Here, X is Cl or OH.

Figure 2010156581
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そして、下記に示すような四重極子型化合物(化学式4および5)、双極子型(ドナー/アクセプター型)化合物(化学式6、7、8および9)、連結型化合物(化学式10および11)も好ましく、交差共役系を有する化合物であることが特に好ましい(非特許文献1)。ここで、交差共役系とは共役多重結合が3方に分岐した構造をいう。   Also, quadrupole type compounds (chemical formulas 4 and 5), dipole type (donor / acceptor type) compounds (chemical formulas 6, 7, 8 and 9), and linked compounds (chemical formulas 10 and 11) as shown below. A compound having a cross-conjugated system is particularly preferable (Non-patent Document 1). Here, the cross-conjugated system refers to a structure in which conjugated multiple bonds are branched in three directions.

Figure 2010156581
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また、多光子励起部Dは、下記一般式(III)で表される双極子型化合物、又は一般式(IV)で表される交差共役型化合物から導かれる残基であることも好ましい。   Moreover, it is also preferable that the multiphoton excitation part D is a residue derived from a dipolar compound represented by the following general formula (III) or a cross-conjugated compound represented by the general formula (IV).

一般式(III):

Figure 2010156581
General formula (III):
Figure 2010156581

一般式(IV):

Figure 2010156581
General formula (IV):
Figure 2010156581

ここで、一般式(III)又は(IV)中、Yは、メチン基、メチレン基またはアミンを表す。これらのメチン基およびメチレン基は、ハロゲン原子、炭素原子数1〜18のアルキル基、炭素原子数1〜18のアルコキシ基および炭素原子数6〜18のアリール基からなる群より選択される少なくとも1つの置換基でそれぞれ置換されていてもよい。iは1〜4の整数を表す。R101及びR102は、それぞれ独立に水素原子、炭素原子数1〜18のアルキル基、または炭素原子数6〜18のアリール基を表す。R103、R104及びR105は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1〜18のアルキル基、または炭素原子数6〜18のアリール基を表す。jは0〜3の整数を表す。R106及びR107は、それぞれ独立に炭素原子数1〜18のアルキル基または炭素原子数6〜18のアリール基を表す。R108、R109、R110、R111は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アミノ基、ヒドロキシル基、炭素原子数1〜18のアルキル基、炭素原子数1〜18のアルコキシ基、炭素原子数1〜18のアシル基、炭素原子数1〜18のアシルアミノ基、炭素原子数1〜18のカルバモイル基、炭素原子数1〜18のスルホンアミド基、炭素原子数1〜18のスルファモイル基、炭素原子数1〜18のアルキルアミノ基、または炭素原子数6〜18のアリールアミノ基を表す。ここでR108〜R111について、上記に挙げた基は互いに連結して環を形成していてもよい。また、R101〜R111のいずれか1つは、前記連結基を形成するのに必要な官能基を少なくとも一つ有する。さらに、本段落に記載のアルキル基およびアルコキシ基は、一部不飽和結合を有していたりへテロ原子で置換されていたり分岐していたりしてもよい。そして、アリール基は多環芳香族炭化水素基も含むものである。 Here, in general formula (III) or (IV), Y represents a methine group, a methylene group or an amine. These methine groups and methylene groups are at least one selected from the group consisting of a halogen atom, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 18 carbon atoms, and an aryl group having 6 to 18 carbon atoms. Each may be substituted with two substituents. i represents an integer of 1 to 4; R 101 and R 102 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 18 carbon atoms. R 103 , R 104 and R 105 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 18 carbon atoms. j represents an integer of 0 to 3. R 106 and R 107 each independently represents an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms or an aryl group having 6 to 18 carbon atoms. R 108 , R 109 , R 110 and R 111 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a cyano group, an amino group, a hydroxyl group, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 18 carbon atoms. , An acyl group having 1 to 18 carbon atoms, an acylamino group having 1 to 18 carbon atoms, a carbamoyl group having 1 to 18 carbon atoms, a sulfonamide group having 1 to 18 carbon atoms, and a sulfamoyl group having 1 to 18 carbon atoms Group, an alkylamino group having 1 to 18 carbon atoms, or an arylamino group having 6 to 18 carbon atoms. Here, for R 108 to R 111 , the groups listed above may be linked to each other to form a ring. In addition, any one of R 101 to R 111 has at least one functional group necessary for forming the linking group. Furthermore, the alkyl group and alkoxy group described in this paragraph may have a partially unsaturated bond, be substituted with a hetero atom, or be branched. The aryl group includes a polycyclic aromatic hydrocarbon group.

Yとして好ましいものは、無置換メチレン基(−CH−)、−NH−、又は−NR−(ここで、Rは炭素原子数1〜18のアルキル基、炭素原子数6〜18のアリール基、炭素原子数2〜18のアシル基、炭素原子数1〜18のアルキルスルホニル基、炭素原子数6〜18のアリールスルホニル基)である。R101、R102として好ましいものは、水素原子、又は炭素原子数1〜6のアルキル基である。 Preferred as Y is an unsubstituted methylene group (—CH 2 —), —NH—, or —NR— (wherein R is an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 18 carbon atoms). , An acyl group having 2 to 18 carbon atoms, an alkylsulfonyl group having 1 to 18 carbon atoms, and an arylsulfonyl group having 6 to 18 carbon atoms). A thing preferable as R < 101> , R <102 > is a hydrogen atom or a C1-C6 alkyl group.

103、R104及びR105として好ましいものは、水素原子、又は炭素原子数1〜3のアルキル基である。R103、R104及びR105のうち2つが互いに連結して環を形成していても良い。特に好ましいものは水素原子である。 R 103 , R 104 and R 105 are preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. Two of R 103, R 104 and R 105 may be bonded to form a ring. Particularly preferred is a hydrogen atom.

106及びR107として好ましくは炭素原子数1〜6のアルキル基であり、置換基を有していても良い。この置換基として好ましいものはヒドロキシル基、アミノ基、アシルアミノ基、スルホニルアミノ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリーロキシカルボニル基、カルボキシル基、スルホン酸基である。R106及びR107として特に好ましくは炭素原子数1〜4の、無置換アルキル基またはヒドロキシ基で置換されたアルキル基である。 R 106 and R 107 are preferably alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms, and may have a substituent. Preferred examples of the substituent include a hydroxyl group, an amino group, an acylamino group, a sulfonylamino group, an acyl group, an alkoxycarbonyl group, an aryloxycarbonyl group, a carboxyl group, and a sulfonic acid group. R 106 and R 107 are particularly preferably an unsubstituted alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or an alkyl group substituted with a hydroxy group.

108、R109、R110及びR111として好ましいものは、水素原子または炭素原子数1〜6のアルキル基であり、これらは互いに、もしくはR106又はR107と連結して環を形成していても良い。特に好ましくは水素原子、またはR106又はR107の少なくとも一つと連結して5〜6員環を形成するアルキル基である。 Preferred as R 108 , R 109 , R 110 and R 111 are a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, which are linked to each other or R 106 or R 107 to form a ring. May be. Particularly preferred is a hydrogen atom or an alkyl group linked to at least one of R 106 or R 107 to form a 5- to 6-membered ring.

また、多光子励起部Dは、親水性基(例えば、−OH、−COOH、−SOH等)を有することが好ましく、特に−SOHを有することが好ましい。これにより、この親水性基が周りの溶媒(特に水などの誘電率が高い溶媒)と相互作用することにより、連結基が屈曲して多光子励起部が微細金属体に接触することを防止することができる。 The multiphoton excitation part D preferably has a hydrophilic group (for example, —OH, —COOH, —SO 3 H, etc.), and particularly preferably —SO 3 H. As a result, the hydrophilic group interacts with the surrounding solvent (especially a solvent having a high dielectric constant such as water) to prevent the linking group from bending and the multiphoton excitation part from contacting the fine metal body. be able to.

下記の表1および表2は、それぞれ一般式(III)および(IV)で表される2光子吸化合物の具体例を示すものである。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。また、下記表においてMeはメチル基を、nPrはn−プロピル基をそれぞれ表す。   Tables 1 and 2 below show specific examples of the two-photon absorption compounds represented by the general formulas (III) and (IV), respectively. However, the present invention is not limited to these. In the following table, Me represents a methyl group, and nPr represents an n-propyl group.

Figure 2010156581
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Figure 2010156581
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以上、多光子励起部Dを構成する残基の基となる多光子励起化合物の例を示したが、特に好ましい態様は、上記化学式3に示すようなキサンテン系色素および上記一般式(IV)で表される交差共役型化合物である。   As mentioned above, the example of the multiphoton excitation compound used as the group of the residue which comprises the multiphoton excitation part D was shown, However, A particularly preferable aspect is a xanthene dye as shown in the chemical formula 3 and the general formula (IV). It is a cross-conjugated compound represented.

次に、連結基について説明する。連結基Lは、多光子励起部Dと結合部Aとを連結するための連結基であって、多光子励起部Dと突出部14b(微細金属体14)とを電子的に隔離するための連結基である。したがって、連結基Lは、π共役系である共役多重結合、すなわち不飽和結合と単結合が交互に連なってπ軌道が相互作用することにより電子が非局在化した分子構造における結合を含まないことが好ましい。   Next, the linking group will be described. The linking group L is a linking group for linking the multiphoton excitation part D and the coupling part A, and is used to electronically isolate the multiphoton excitation part D and the protruding part 14b (fine metal body 14). It is a linking group. Therefore, the linking group L does not include a conjugated multiple bond that is a π-conjugated system, that is, a bond in a molecular structure in which electrons are delocalized by the interaction of π orbitals in which unsaturated bonds and single bonds are alternately linked. It is preferable.

また、連結基Lは、脂肪族鎖からなる主鎖を有することが好ましい。これにより、多光子励起部Dと突出部14b(微細金属体14)とを電子的により隔離することが可能となる。ここで、側鎖には、本発明の課題を解決しうる範囲で、二重結合や不飽和環状構造を有していてもよい。   The linking group L preferably has a main chain composed of an aliphatic chain. Thereby, it becomes possible to isolate the multiphoton excitation part D and the protrusion part 14b (fine metal body 14) more electronically. Here, the side chain may have a double bond or an unsaturated cyclic structure as long as the problem of the present invention can be solved.

連結基は、共役多重結合を形成しないように、メチレン結合、エステル結合、アミド結合、スルホンアミド結合、エーテル結合、及びチオエーテル結合からなる群から選ばれる少なくとも1つの結合を含む連結基であることが好ましい。また、これらの結合を2以上組み合わせてなる連結基であってもよい。これにより、多光子励起部Dの原子団と突出部14bとは直接共有結合によって結合しておらず、また共役系の結合によっても結合しておらず、多光子励起部Dの原子団と突出部14bとが、連結基Lによって電子的に隔離され所定距離をおいた状態を形成することが可能となる。   The linking group is a linking group containing at least one bond selected from the group consisting of a methylene bond, an ester bond, an amide bond, a sulfonamide bond, an ether bond, and a thioether bond so as not to form a conjugated multiple bond. preferable. Moreover, the coupling group which combines these bonds 2 or more may be sufficient. As a result, the atomic group of the multiphoton excitation part D and the protrusion 14b are not directly bonded by a covalent bond, and are not bonded by a conjugated bond. It is possible to form a state in which the portion 14b is electronically isolated by the linking group L and has a predetermined distance.

或いは、連結基は、下記一般式(II)で表される構造を含むことが好ましい。
一般式(II):−(G−T
ここで、一般式(II)中、Gは−C(=O)−、−O−、−NR−、−(N含有複素環)−、−S−、−SO−、−SO−、−P(=O)<、またはこれらの結合からなる2価もしくは3価の部分連結基を表す。ここで、Rは水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1〜18のアルキル基、または炭素原子数6〜18のアリール基を表す。また、Tは脂肪族基を表す。脂肪族基は、直鎖状、分岐鎖状、環状の構造を有し、炭素数1〜200、好ましくは1〜24、特に好ましくは2〜18であることが好ましい。そして、a、bおよびcは、それぞれ0から2の整数、1から100の整数および1から100の整数を表す。cが2以上の整数の場合には、それぞれのcについてGおよびT並びにaおよびbは同一であっても異なっていてもよい。そして、cは好ましくは1〜10、特に好ましくは1または2である。ここで、一般式(II)で表わされる連結基においても、共役多重結合を含まないことが好ましいのは言うまでもない。
Or it is preferable that a coupling group contains the structure represented by the following general formula (II).
Formula (II):-(G a -T b ) c-
Here, in the general formula (II), G represents —C (═O) —, —O—, —NR 1 —, — (N-containing heterocycle) —, —S—, —SO—, —SO 2 —. , -P (= O) <, or a divalent or trivalent partial linking group comprising these bonds. Here, R 1 represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 18 carbon atoms. T represents an aliphatic group. The aliphatic group has a linear, branched or cyclic structure and preferably has 1 to 200 carbon atoms, preferably 1 to 24 carbon atoms, and particularly preferably 2 to 18 carbon atoms. A, b, and c represent an integer of 0 to 2, an integer of 1 to 100, and an integer of 1 to 100, respectively. When c is an integer of 2 or more, G and T and a and b may be the same or different for each c. C is preferably 1 to 10, particularly preferably 1 or 2. Here, it is needless to say that the linking group represented by the general formula (II) preferably does not contain a conjugated multiple bond.

以上のような連結基を用いることにより、(1)多光子励起部Dと結合部Aとを電子的に絶縁することができ、多光子励起部Dの多光子励起状態が失活することを防ぐことが可能となる、(2)多光子励起部Dと結合部Aとの間の距離を調節するのに適した原材料を容易に調達することが可能となる、(3)多光子励起部Dおよび連結基L、並びに連結基Lおよび結合部Aの結合形成において反応性に富む原材料が利用できるため、高価な貴金属触媒を使用することなく容易かつ安価に、多光子励起部D、連結基Lおよび結合部Aの連結の合成を行うことが可能となる、といった効果が得られる。   By using the linking group as described above, (1) the multiphoton excitation part D and the coupling part A can be electrically insulated, and the multiphoton excitation state of the multiphoton excitation part D is deactivated. (2) It is possible to easily procure raw materials suitable for adjusting the distance between the multiphoton excitation part D and the coupling part A. (3) Multiphoton excitation part D and the linking group L, as well as raw materials with high reactivity can be used in the bond formation of the linking group L and the linking part A, so that the multiphoton excitation part D, the linking group can be easily and inexpensively without using an expensive noble metal catalyst. The effect that it becomes possible to synthesize | combine connection of L and the coupling | bond part A is acquired.

連結基の好ましい例としては、下記式(a)又は(b)で表されるエステル結合、下記式(c)〜(f)で表されるアミド結合、下記式(g)で表されるスルホンアミド結合、エーテル結合、チオエーテル結合、アミノ結合などが挙げられる。ここで、下記に示す構造は左右逆でも構わない。   Preferred examples of the linking group include an ester bond represented by the following formula (a) or (b), an amide bond represented by the following formulas (c) to (f), and a sulfone represented by the following formula (g). Examples include an amide bond, an ether bond, a thioether bond, and an amino bond. Here, the structure shown below may be reversed left and right.

Figure 2010156581
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ここで、式(c)〜(g)中Rはそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、またはアリール基を表す。   Here, in formulas (c) to (g), each R independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, or an aryl group.

次に、結合部について説明する。結合部Aは、突出部14b(微細金属体14)に結合して、多光子励起複合化合物Cdを突出部14bに固定するためのものである。   Next, the coupling portion will be described. The coupling part A is for coupling to the projecting part 14b (fine metal body 14) and fixing the multiphoton excited composite compound Cd to the projecting part 14b.

結合部Aは、基板13上に露出している微細金属体14の突出部14bと容易に結合させることができるように、硫黄原子によって突出部14bと結合する含硫黄結合部を有することが好ましい。これにより、含硫黄結合部に含まれる硫黄原子と金属体である突出部14bとの相互作用により、連結基Lと突出部14bとを自己組織的に結合させることができる。ここで、結合部は、金属体に対して硫黄原子と同様の自己組織性を有するものであれば、これに限られるものではない。このような自己組織性を有する結合部は、例えば、−S−M(MはH、アルカリ金属、アルキル基、アリール基、複素環基、S−R(Rは水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1〜18のアルキル基、または炭素原子数6〜18のアリール基を表す。)を表す。)、−Se−M(Mは上記と同じ)等の置換基を挙げることができる。さらに、他の例として、−(−S−、−Se−、−S−S−、−Se−Se−、−S−Se−、−S−O−または−SO−S−を含む環構造)、>C=S、>C=Se、−<環>C=S、−<環>C=Se、>P−、O−P(−O)−等の置換基を挙げることもできる。ここで、「<環>C」はCを含む環構造を意味するものである。自己組織性を有する結合部は、特にジスルフィド類化合物から導かれる残基であることが好ましい。さらに、このように一般式(I)のAが−S−S−となる場合には、多光子励起複合化合物は、このジスルフィドの両端に連結基が結合し、それぞれの連結基の先に多光子励起部が結合しているような構造、つまりD−L−S−S−L’−D’のような構造を有することが好ましい。ここで、LとL’、DとD’はそれぞれ同一であっても、異なっていても構わない。 The bonding portion A preferably has a sulfur-containing bonding portion that is bonded to the protruding portion 14b by a sulfur atom so that the bonding portion A can be easily bonded to the protruding portion 14b of the fine metal body 14 exposed on the substrate 13. . Thereby, the coupling group L and the protruding portion 14b can be bonded in a self-organized manner by the interaction between the sulfur atom contained in the sulfur-containing bonding portion and the protruding portion 14b which is a metal body. Here, the bonding portion is not limited to this as long as it has the same self-organization property as the sulfur atom with respect to the metal body. Such a bond having self-organization includes, for example, —SM (M is H, alkali metal, alkyl group, aryl group, heterocyclic group, S—R (R is a hydrogen atom, a halogen atom, a carbon atom) Represents an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 18 carbon atoms.), -Se-M (M is the same as above), and the like. Furthermore, as another example, a ring structure containing — (— S—, —Se—, —S—S—, —Se—Se—, —S—Se—, —S—O— or —SO—S— is included. ),> C = S,> C = Se,-<ring> C = S,-<ring> C = Se,> P-, OP (-O) 2- and the like. . Here, “<ring> C” means a ring structure containing C. The bond having self-organization is particularly preferably a residue derived from a disulfide compound. Further, when A in the general formula (I) is -SS-, the linking group is bonded to both ends of the disulfide, and many linking groups are attached to the ends of each linking group. It is preferable to have a structure in which the photon excitation parts are coupled, that is, a structure such as DLSSL′-D ′. Here, L and L ′ and D and D ′ may be the same or different.

以上の多光子励起部D、連結基Lおよび結合部Aの説明に基づいて、本発明に好適に用いられる多光子励起複合化合物Cdの具体例(例示化合物Cd−1〜Cd−30)を以下に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Based on the above description of the multiphoton excitation part D, the linking group L, and the bonding part A, specific examples (exemplary compounds Cd-1 to Cd-30) of the multiphoton excitation composite compound Cd suitably used in the present invention are as follows. However, the present invention is not limited to these.

ここで、下記表において、「多光子励起部D」の項目における(L)は、連結基Lが結合している多光子励起部Dの部分を表している。「連結基L」の項目における(D)および(A)は、それぞれ多光子励起部Dが結合している連結基Lの部分、および結合部Aが結合している連結基Lの部分を表している。「結合部A」の項目における(L)は、連結基Lが結合している結合部Aの部分を表している。また、「結合部A」の項目における「★」は、結合部A、連結基Lおよび多光子励起部Dを当該「★」の部分にさらに有する構造であることを表す。すなわち、ジスルフィド結合を中心に、両端に連結基Lおよび多光子励起部Dを有する対称構造の化合物を表す。   Here, in the following table, (L) in the item of “multiphoton excitation part D” represents the part of the multiphoton excitation part D to which the linking group L is bonded. (D) and (A) in the item of “linking group L” represent the part of the linking group L to which the multiphoton excitation part D is bonded and the part of the linking group L to which the bonding part A is bonded, respectively. ing. (L) in the item “bonding part A” represents the part of the bonding part A to which the linking group L is bonded. In addition, “★” in the item “bonding part A” represents a structure further including the bonding part A, the linking group L, and the multiphoton excitation part D in the part of “★”. That is, it represents a compound having a symmetrical structure having a linking group L and a multiphoton excitation part D at both ends with a disulfide bond as the center.

また、下記表において、Meはメチル基を、Etはエチル基を、nPrはn−プロピル基を、nHxはn−ヘキシル基をそれぞれ表している。   In the following table, Me represents a methyl group, Et represents an ethyl group, nPr represents an n-propyl group, and nHx represents an n-hexyl group.

さらに、表3は上記一般式(III)についての具体例を示している。   Further, Table 3 shows specific examples of the general formula (III).

そして、表4および表5は上記一般式(IV)についての具体例を示している。ここで、「R107」の項目におけるaは一般式(IV)の一方(例えば左側)のR107を表し、bは一般式(IV)の他方(例えば右側)のR107を表している。すなわち、R107についてaおよびbの区別がある場合には表に示す化合物は非対称な構造を有することを表し、その区別がなければ対称な構造を有することを表す。 Tables 4 and 5 show specific examples of the general formula (IV). Here, a in the item “R 107 ” represents one (for example, the left side) R 107 of the general formula (IV), and b represents the other (for example, the right side) R 107 of the general formula (IV). In other words, compounds shown in table if there is distinction between a and b for R 107 represents that it has an asymmetric structure, indicating that it has a symmetrical structure Without that distinction.

Figure 2010156581
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上記多光子励起複合化合物Cdを得る方法としては、特に限定されないが、化学的反応活性部位を有する多光子励起部Dを有する化合物と、それに対する化学的反応活性部位を有する結合部A(含硫黄結合部)を有する化合物とを化学的に反応させることによって、連結基Lを含む多光子励起複合化合物Cdを形成する方法がある。例えば、多光子励起複合化合物に反応性基(例えば、−COOH、−COOR、−COCl、−SO2Cl等の求電子基、又は−OH、−NHR等の求核基)を導入する。その後これらと反応して結合する反応性基を有する含硫黄結合部と反応させる方法が挙げられる。   A method for obtaining the multiphoton excited composite compound Cd is not particularly limited, and a compound having a multiphoton excitation part D having a chemical reaction active site and a binding part A (sulfur-containing compound) having a chemical reaction active site corresponding thereto. There is a method of forming a multiphoton excited composite compound Cd containing a linking group L by chemically reacting with a compound having a bonding portion). For example, a reactive group (for example, an electrophilic group such as —COOH, —COOR, —COCl, and —SO 2 Cl, or a nucleophilic group such as —OH and —NHR) is introduced into the multiphoton excited composite compound. The method of making it react with the sulfur-containing coupling | bond part which has a reactive group couple | bonded by reacting with these after that is mentioned.

「多光子励起装置およびその作製方法」
<多光子励起装置およびその作製方法の第1の実施形態>
まず、本実施形態に係る多光子励起装置10の構成について説明する。図1Aおよび図1Bは、それぞれ本実施形態に係る多光子励起装置10の全体構成を示す概略断面図および微細金属体の突出部近傍の概略断面図である。本実施形態に係る多光子励起装置10は、照射光Pの照射により、マッシュルーム構造の微細金属体に局在プラズモンを生じせしめ、この局在プラズモンの電場増強効果により増強された近接場光によって多光子励起を生じせしめるものである。
"Multiphoton excitation device and fabrication method"
<First Embodiment of Multiphoton Excitation Device and Method for Producing the Same>
First, the configuration of the multiphoton excitation device 10 according to the present embodiment will be described. 1A and 1B are a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of the multiphoton excitation device 10 according to the present embodiment, and a schematic cross-sectional view in the vicinity of a protruding portion of a fine metal body. The multi-photon excitation device 10 according to the present embodiment generates localized plasmons in a fine metal body having a mushroom structure by irradiation with irradiation light P, and multi-photon excitation is performed by near-field light enhanced by the electric field enhancement effect of the localized plasmons. It causes photon excitation.

図1Aおよび図1Bに示すように、多光子励起装置10は、金属層11と、この金属層上に形成された、複数の微細孔15を有する誘電体層12と、微細孔15に充填された充填部14aとこの充填部14a上に誘電体層12表面より突出するように形成されかつ照射光Pに起因して局在プラズモンを誘起し得る径を有する突出部14bとからなる複数の微細金属体14と、突出部14bに結合した前述の多光子励起複合化合物Cdとを備えている。   As shown in FIG. 1A and FIG. 1B, the multiphoton excitation device 10 is filled with a metal layer 11, a dielectric layer 12 having a plurality of fine holes 15 formed on the metal layer, and the fine holes 15. A plurality of fine portions each formed of a filled portion 14a and a projected portion 14b formed on the filled portion 14a so as to protrude from the surface of the dielectric layer 12 and having a diameter capable of inducing localized plasmons due to the irradiation light P. A metal body 14 and the above-described multiphoton excited composite compound Cd bonded to the protrusion 14b are provided.

基板13となる金属層11および誘電体層12は、被陽極酸化物質を陽極酸化することによって得られる多孔質酸化物質である。被陽極酸化物質を陽極酸化すると、表面からこの面に対して略垂直方向に酸化反応が進行し、陽極酸化皮膜12が生成される。このような陽極酸化被膜12については、特許文献2の段落[0037]〜[0043]および[0067]〜[0069]に記載されている。   The metal layer 11 and the dielectric layer 12 serving as the substrate 13 are porous oxide materials obtained by anodizing a material to be anodized. When the anodized material is anodized, an oxidation reaction proceeds from the surface in a direction substantially perpendicular to the surface, and an anodized film 12 is generated. Such an anodized film 12 is described in paragraphs [0037] to [0043] and [0067] to [0069] of Patent Document 2.

微細孔15は、本発明において微細金属体14を形成する場所となる。そして、微細孔15の断面形状、孔径や隣接する微細孔同士の配列ピッチは、陽極酸化条件により制御することができ、特に制限されるものではない。通常、互いに隣接する微細孔15同士のピッチWは10〜500nmの範囲で、また微細孔15の孔径は、5〜400nmの範囲でそれぞれ制御可能である。特開2001−9800号公報や特開2001−138300号公報には、微細孔の形成位置や孔径をより細かく制御する方法が開示されている。これらの方法を用いることにより、上記範囲内において任意の孔径及び深さを有する微細孔を略規則的に配列形成することができる。微細孔15は規則配列させてもよいし、させなくてもよい。   The fine hole 15 is a place where the fine metal body 14 is formed in the present invention. The cross-sectional shape, the hole diameter, and the arrangement pitch between adjacent micropores can be controlled by anodizing conditions, and are not particularly limited. Usually, the pitch W between the adjacent fine holes 15 can be controlled in the range of 10 to 500 nm, and the diameter of the fine holes 15 can be controlled in the range of 5 to 400 nm. Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2001-9800 and 2001-138300 disclose methods for finely controlling the formation position and the hole diameter of fine holes. By using these methods, the micropores having an arbitrary pore diameter and depth within the above range can be arranged almost regularly. The fine holes 15 may or may not be regularly arranged.

微細金属体14は、微細孔を充填している充填部14aと誘電体層表面12sに突出している充填部上部の突出部14bとからなっている。微細金属体14は、突出部14bの径rが、局在プラズモンを誘起可能な大きさであればよいが、照射光Pの波長を考慮すると、突出部14bの径が10nm以上300nm以下の範囲であることが好ましい。互いに隣接する突出部14b同士は離間されていることが好ましく、その平均離間距離は、数nm〜10nmの範囲であることがより好ましい。平均離間距離が上記範囲内である場合は、局在プラズモン効果による電場増強効果を効果的に得ることができる。局在プラズモン現象は、凸部の自由電子が光の電場に共鳴して振動することで凸部周辺に強い電場を生じる現象であるので、微細金属体14は、自由電子を有する任意の金属でよい。多光子励起装置10は、誘電体層表面12sに対して、突出部14bにおいて局在プラズモンを励起可能な波長の光を含む照射光Pが照射されるものであるので、多光子励起部Dの吸収波長と略一致する波長において局在プラズモンを生じる金属が好ましく、Au,Ag,Cu,Pt,Ni,Ti等が挙げられ、電場増強効果の高いAu,Ag等が特に好ましい。   The fine metal body 14 includes a filling portion 14a filled with fine holes and a protruding portion 14b at the upper portion of the filling portion protruding to the dielectric layer surface 12s. The fine metal body 14 only needs to have a diameter r of the protruding portion 14b that can induce localized plasmons. However, in consideration of the wavelength of the irradiation light P, the diameter of the protruding portion 14b is in the range of 10 nm to 300 nm. It is preferable that The protrusions 14b adjacent to each other are preferably separated from each other, and the average separation distance is more preferably in the range of several nm to 10 nm. When the average separation distance is within the above range, the electric field enhancement effect by the localized plasmon effect can be effectively obtained. The localized plasmon phenomenon is a phenomenon in which a free electric field in a convex portion resonates with an electric field of light and vibrates to generate a strong electric field around the convex portion. Therefore, the fine metal body 14 is an arbitrary metal having free electrons. Good. Since the multi-photon excitation device 10 irradiates the dielectric layer surface 12s with the irradiation light P including light having a wavelength capable of exciting the localized plasmon at the protrusion 14b, A metal that produces localized plasmons at a wavelength that substantially matches the absorption wavelength is preferable, and examples thereof include Au, Ag, Cu, Pt, Ni, and Ti. Au, Ag, and the like that have a high electric field enhancing effect are particularly preferable.

次に、本実施形態に係る多光子励起装置10の作製方法について説明する。この多光子励起装置の作製方法では、微細孔15を有する基板13と、微細孔15内に形成されたマッシュルーム構造の微細金属体14とを備える多光子励起装置10であって、マッシュルーム構造の微細金属体14の突出部14bが誘電体層表面12sに突出し、突出部14bに複数の多光子励起複合化合物が結合した構造の多光子励起装置10が作製される(図2)。多光子励起装置10の作製方法は、以下に示す微細孔15を有する基板13を形成する工程と、微細孔15に微細金属体14形成する工程と、微細金属体14の突出部14bに多光子励起複合化合物を結合する工程とに大別される。   Next, a manufacturing method of the multiphoton excitation device 10 according to the present embodiment will be described. In this method of manufacturing a multiphoton excitation device, a multiphoton excitation device 10 including a substrate 13 having micropores 15 and a fine metal body 14 having a mushroom structure formed in the micropores 15, and having a fine mushroom structure. The protrusion 14b of the metal body 14 protrudes from the dielectric layer surface 12s, and the multiphoton excitation device 10 having a structure in which a plurality of multiphoton excitation composite compounds are bonded to the protrusion 14b is manufactured (FIG. 2). The manufacturing method of the multiphoton excitation device 10 includes a step of forming a substrate 13 having a microhole 15 shown below, a step of forming a micrometal body 14 in the microhole 15, and a multiphoton in a protrusion 14 b of the micrometal body 14. It is roughly divided into a step of binding the excited complex compound.

まず、被陽極酸化物質の一面から陽極酸化を進行させることにより、被陽極酸化物質を基に、微細孔15を有する陽極酸化皮膜12と非陽極酸化部分11とを形成する(特許文献2の段落[0037]〜[0043]を参照)。このようにして、微細孔15を有する陽極酸化皮膜12と非陽極酸化部分11とからなる多孔質酸化物質13を形成することができ、これが本実施形態に係る多光子励起装置の基板となる。次に、基板13の陽極酸化皮膜12の開口面12sに対して、メッキ処理を行うことで微細孔15をメッキ金属材料で充填していく(特許文献2の段落[0044]を参照)。そして、ある程度時間が経過すると微細金属体14の充填部14aが形成され、さらにメッキ処理を継続することでメッキ金属材料がアルミナ層の表面よりも突出するようになり微細金属体14の突出部14bが形成される(図2)。メッキ処理の継続時間を制御することにより、突出部14bの径rは適宜調整することができる。   First, anodization is advanced from one surface of the anodized material to form the anodized film 12 having the fine holes 15 and the non-anodized portion 11 based on the anodized material (paragraph of Patent Document 2). [0037] to [0043]). In this way, the porous oxide material 13 composed of the anodized film 12 having the fine holes 15 and the non-anodized portion 11 can be formed, and this becomes the substrate of the multiphoton excitation device according to the present embodiment. Next, the fine holes 15 are filled with a plated metal material by plating the opening surface 12s of the anodized film 12 of the substrate 13 (see paragraph [0044] of Patent Document 2). Then, after a certain amount of time has passed, the filling portion 14a of the fine metal body 14 is formed, and further, by continuing the plating process, the plating metal material protrudes from the surface of the alumina layer, and the protrusion portion 14b of the fine metal body 14 Is formed (FIG. 2). By controlling the duration of the plating process, the diameter r of the protrusion 14b can be adjusted as appropriate.

多光子励起複合化合物Cdの突出部14b(微細金属体14)への結合は、多光子励起複合化合物Cdを溶かした溶液に、上記で形成した突出部14bの表面を浸漬することにより自己組織的に実施することができる。その後、基板を取り出し上記溶媒と同じ溶媒で基板を洗浄し、必要であれば他の溶媒でさらに基板を洗浄し、最後に乾燥させることにより、多光子励起複合化合物Cdの突出部14bへの結合が完成する。このとき、乾燥させる直前に使用する溶媒は、揮発性の高い溶媒が好ましい。   The multiphoton excited composite compound Cd is bonded to the protrusion 14b (fine metal body 14) by immersing the surface of the protrusion 14b formed above in a solution in which the multiphoton excited composite compound Cd is dissolved. Can be implemented. Thereafter, the substrate is taken out and washed with the same solvent as the above solvent. If necessary, the substrate is further washed with another solvent, and finally dried, whereby the multiphoton excited composite compound Cd is bonded to the protrusion 14b. Is completed. At this time, the solvent used immediately before drying is preferably a highly volatile solvent.

以上のように、本実施形態に係る多光子励起装置10は連結基によって、多光子励起を生じ得る多光子励起部を微細金属体に連結している。したがって、多光子励起部と微細金属体とを電子的に隔離させることができるため、金属消光の影響を低減することができる。これにより、多光子励起装置において、多光子励起複合化合物内の多光子励起部に生じせしめたエネルギーを効率よく利用することが可能となる。   As described above, in the multiphoton excitation device 10 according to the present embodiment, the multiphoton excitation unit capable of generating multiphoton excitation is connected to the fine metal body by the connecting group. Therefore, since the multiphoton excitation part and the fine metal body can be electronically isolated, the influence of metal quenching can be reduced. Thereby, in the multiphoton excitation device, it is possible to efficiently use the energy generated in the multiphoton excitation part in the multiphoton excitation composite compound.

さらに、本実施形態において前述した多光子励起複合化合物のうちCd−23やCd−24のように、多光子励起部が親水性基を有する場合には、より金属消光の影響を低減することができる。これは、この親水性基が周りの溶媒と相互作用することにより、連結基が屈曲して多光子励起部が微細金属体に接触することを防止できるためである。   Furthermore, when the multiphoton excitation part has a hydrophilic group such as Cd-23 and Cd-24 among the multiphoton excitation complex compounds described in the present embodiment, the influence of metal quenching can be further reduced. it can. This is because when the hydrophilic group interacts with the surrounding solvent, the linking group is bent and the multiphoton excitation part can be prevented from contacting the fine metal body.

<多光子励起装置およびその作製方法の第2の実施形態>
まず、本実施形態に係る多光子励起装置30の構成について説明する。図3は、本実施形態に係る多光子励起装置30の全体構成を示す概略断面図である。多光子励起装置30は、第1の実施形態に係る多光子励起装置10とほぼ同様の構成であるが、突出部14bに多光子励起複合化合物Cdと、この多光子励起複合化合物Cdからエネルギーを受容するエネルギー受容体を含む化合物Ca(以下、受容体複合化合物)とが同時に結合している点で異なる。したがって、多光子励起装置30について、第1の実施形態と同様の要素についての説明は特に必要のない限り省略する。本実施形態に係る多光子励起装置30は、照射光Pの照射により、マッシュルーム構造の微細金属体局在プラズモンを生じせしめ、この局在プラズモンの電場増強効果により増強された近接場光によって多光子励起部に多光子励起を生じせしめ、この励起により蓄えたエネルギーをエネルギー受容体に移動させるものである。
<Second Embodiment of Multiphoton Excitation Device and Method for Producing the Same>
First, the configuration of the multiphoton excitation device 30 according to the present embodiment will be described. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of the multiphoton excitation device 30 according to the present embodiment. The multiphoton excitation device 30 has substantially the same configuration as the multiphoton excitation device 10 according to the first embodiment. However, the multiphoton excitation composite compound Cd and energy from the multiphoton excitation composite compound Cd are applied to the protruding portion 14b. The difference is that a compound Ca containing an energy acceptor (hereinafter, a receptor complex compound) is simultaneously bonded. Therefore, the description of the same elements as those in the first embodiment of the multiphoton excitation device 30 is omitted unless particularly necessary. The multiphoton excitation device 30 according to the present embodiment generates fine metal body localized plasmons having a mushroom structure by irradiation with the irradiation light P, and multiphotons are generated by near-field light enhanced by the electric field enhancement effect of the localized plasmons. Multi-photon excitation is caused in the excitation part, and the energy stored by this excitation is transferred to the energy acceptor.

図3に示すように、多光子励起装置30は、金属層11と、この金属層上に形成された、複数の微細孔15を有する誘電体層12と、微細孔15に充填された充填部14aと充填部14a上に誘電体層12表面より突出するように形成されかつ照射光Pに起因して局在プラズモンを誘起し得る径を有する突出部14bとからなる複数の微細金属体14と、突出部14bに結合した前述の多光子励起複合化合物Cdと、同様に突出部14bに結合した、この多光子励起複合化合物Cdからエネルギーを受容する受容体複合化合物Caとを備えている。ここで、多光子励起複合化合物Cdの多光子励起部は、照射光のエネルギーを吸収しそのエネルギーの少なくとも一部を供与するエネルギー供与体として働いている。そして、多光子励起複合化合物Cd中のエネルギー供与体と受容体複合化合物Ca中のエネルギー受容体とによってエネルギー移動を起こしうる光化学系複合体Ceが形成されている。   As shown in FIG. 3, the multiphoton excitation device 30 includes a metal layer 11, a dielectric layer 12 having a plurality of fine holes 15 formed on the metal layer, and a filling portion filled in the fine holes 15. A plurality of fine metal bodies 14 formed of 14a and protruding portions 14b formed on the filling portion 14a so as to protrude from the surface of the dielectric layer 12 and having a diameter capable of inducing localized plasmons due to the irradiation light P; The multiphoton excited composite compound Cd bound to the projecting portion 14b and the acceptor composite compound Ca that receives energy from the multiphoton excited composite compound Cd similarly coupled to the projecting portion 14b are provided. Here, the multiphoton excitation part of the multiphoton excitation composite compound Cd functions as an energy donor that absorbs the energy of the irradiation light and provides at least a part of the energy. A photochemical complex Ce capable of causing energy transfer is formed by the energy donor in the multiphoton excited complex compound Cd and the energy acceptor in the acceptor complex compound Ca.

受容体複合化合物Ca中のエネルギー受容体は、エネルギー供与体(多光子励起部)からエネルギーを受容するπ共役系を含む部分である。エネルギー受容体も共役多重結合を含まない連結基によって微細金属体に結合することにより、受容したエネルギーが金属消光することを防ぐことができる。エネルギー受容体の構造としては、エネルギー供与体からのエネルギー移動効率が高くなるように選択することが好ましい。また、受容体複合化合物Caの微細金属体への結合は、受容体複合化合物Caを溶かした溶液に、突出部14b(微細金属体14)の表面を浸漬することにより自己組織的に実施することができる。その具体的な方法は、多光子励起複合化合物Cdの結合方法と同様である。さらに、多光子励起複合化合物Cdおよび受容体複合化合物Caを溶かした溶液を用いることにより、多光子励起複合化合物Cdおよび受容体複合化合物Caを同時に突出部14bに結合させることもできる。   The energy acceptor in the acceptor complex compound Ca is a part including a π-conjugated system that accepts energy from an energy donor (multiphoton excitation part). By binding the energy acceptor to the fine metal body through a linking group that does not contain a conjugated multiple bond, it is possible to prevent the received energy from quenching the metal. The structure of the energy acceptor is preferably selected so that the energy transfer efficiency from the energy donor is high. Further, the binding of the receptor complex compound Ca to the fine metal body is performed in a self-organized manner by immersing the surface of the protrusion 14b (fine metal body 14) in a solution in which the receptor complex compound Ca is dissolved. Can do. The specific method is the same as the binding method of the multiphoton excited composite compound Cd. Furthermore, by using a solution in which the multiphoton excitation complex compound Cd and the receptor complex compound Ca are dissolved, the multiphoton excitation complex compound Cd and the receptor complex compound Ca can be simultaneously bonded to the protrusion 14b.

図3のように、多光子励起装置30に照射光Pが照射されると、エネルギー供与体は、照射光Pの光エネルギーを吸収して励起され、電子を放出する。次いで放出された励起電子をエネルギー受容体が受け取って、電子の伝達、すなわち光エネルギーの移動が生じる。上記したように、本実施形態では、照射光Pを、突出部14bにおいて局在プラズモンを誘起される波長を含む光とすることにより、局在プラズモンによる突出部14b近傍での光の閉じ込め効果と突出部14b近傍における電場増強効果を得ることができる。従って、より照射光Pを、より長い間光化学系複合体Ce付近にとどめることができ、照射光Pを、より効率良く光化学系複合体Ceに吸収させることができる。特に、局在プラズモン共鳴波長においては、電場増強効果は100倍以上にもなることから、吸収効率を格段に向上させることが可能である。   As shown in FIG. 3, when the irradiation light P is irradiated onto the multiphoton excitation device 30, the energy donor is excited by absorbing the light energy of the irradiation light P and emits electrons. The emitted excited electrons are then received by the energy acceptor, causing electron transfer, i.e. transfer of light energy. As described above, in the present embodiment, the irradiation light P is light including a wavelength that induces localized plasmons in the protrusions 14b, so that the light confinement effect in the vicinity of the protrusions 14b by the localized plasmons can be obtained. An electric field enhancement effect in the vicinity of the protrusion 14b can be obtained. Accordingly, the irradiation light P can be kept in the vicinity of the photochemical complex Ce for a longer time, and the irradiation light P can be absorbed by the photochemical complex Ce more efficiently. In particular, at the localized plasmon resonance wavelength, the electric field enhancement effect is 100 times or more, so that the absorption efficiency can be remarkably improved.

以上のように、本実施形態に係る多光子励起装置30も連結基によって、エネルギー供与体(多光子励起部)およびエネルギー受容体を微細金属体に連結している。したがって、エネルギー供与体およびエネルギー受容体と微細金属体とを電子的に隔離させることができるため、金属消光の影響を低減することができる。これにより、多光子励起装置において、多光子励起複合化合物内の多光子励起部に生じせしめたエネルギーを効率よく利用することが可能となる。   As described above, the multiphoton excitation device 30 according to the present embodiment also connects the energy donor (multiphoton excitation unit) and the energy acceptor to the fine metal body by the linking group. Therefore, since the energy donor and energy acceptor and the fine metal body can be electronically isolated, the influence of metal quenching can be reduced. Thereby, in the multiphoton excitation device, it is possible to efficiently use the energy generated in the multiphoton excitation part in the multiphoton excitation composite compound.

本発明に係る多光子励起装置の実施例、そして本発明に係る多光子励起装置を用いて行った波長変換測定の実施例を以下に示す。   Examples of the multiphoton excitation apparatus according to the present invention and examples of wavelength conversion measurement performed using the multiphoton excitation apparatus according to the present invention are shown below.

<多光子励起複合化合物の合成方法>
多光子励起複合化合物の合成例として、上記化合物Cd−21の合成方法を説明する。
シスタミン二塩酸塩(Cystamine dihydrochroride, Chemical Abstracts Registry Number: 56-17-7; Aldrich製試薬)39mg(170mmol)に、無水N,N−ジメチルアセトアミド(和光純薬工業製試薬)2ml、トリエチルアミン(和光純薬工業製試薬)0.96ml(6.94mmol)、および200mg(347mmol)のリサミン・ローダミンBスルホニルクロリド異性体混合物(Lissamine rhodaminB sulfonyl chroride mixed isomers:インビトロジェン製試薬 L−20)の無水N,N−ジメチルアセトアミド(9ml)溶液を加え、室温で5時間、次いで50℃で30分間撹拌した。冷却した1.5M塩酸に反応混合物を注入し、生じた沈殿を少量の冷却した1.5M塩酸で洗浄し、乾燥して83mg(収率39.6%)の化合物Cd−21を得た。
質量スペクトルは、m/zが+1233.59であり化合物Cd−21の構造と矛盾しなかった。エタノール溶液の吸収極大波長の光、および520nmの光で励起した場合の発光極大波長は、それぞれ562nm、および590nmであった。
<Synthesis Method of Multiphoton Excited Composite Compound>
As a synthesis example of a multiphoton excited composite compound, a method for synthesizing the compound Cd-21 will be described.
Cystamine dihydrochloride (Cystamine dihydrochroride, Chemical Abstracts Registry Number: 56-17-7; Aldrich reagent) 39 mg (170 mmol), anhydrous N, N-dimethylacetamide (Wako Pure Chemical Industries reagent) 2 ml, triethylamine (Wako Pure Chemicals) Reagents manufactured by Yakuhin Kogyo Co., Ltd.) 0.96 ml (6.94 mmol) and 200 mg (347 mmol) of Lissamine rhodamin B sulfonyl chloride mixed isomers (Invitrogen Reagent L-20) anhydrous N, N- Dimethylacetamide (9 ml) solution was added and stirred at room temperature for 5 hours and then at 50 ° C. for 30 minutes. The reaction mixture was poured into cooled 1.5M hydrochloric acid, and the resulting precipitate was washed with a small amount of cooled 1.5M hydrochloric acid and dried to obtain 83 mg (yield 39.6%) of compound Cd-21.
The mass spectrum was m / z +1233.59 and was consistent with the structure of Compound Cd-21. The emission maximum wavelengths when excited with light having an absorption maximum wavelength of ethanol solution and light at 520 nm were 562 nm and 590 nm, respectively.

<実施例1>
上記多光子励起複合化合物Cd−21(色素部はローダミン6G型)を水:エタノール(1:1)混合液に溶かし、これに微細金属体表面を浸漬した。次いで、水:エタノール(1:1)混合液で微細金属体表面を洗浄し乾燥させた。そして、この装置の微細金属体表面に1050nmのレーザ光を照射したところ、570〜600nmという短波長の発光を観測することができた。
<Example 1>
The multiphoton excited composite compound Cd-21 (the dye part is rhodamine 6G type) was dissolved in a water: ethanol (1: 1) mixed solution, and the surface of the fine metal body was immersed therein. Next, the surface of the fine metal body was washed with a water: ethanol (1: 1) mixture and dried. And when the laser beam of 1050 nm was irradiated to the surface of the fine metal body of this apparatus, light emission with a short wavelength of 570 to 600 nm could be observed.

<実施例2>
実施例1に示す化合物Cd−21溶液に、さらに化合物Cd−21の色素部を−CO−Phとした化合物を10倍モル添加した溶媒を作製した。そして、実施例1と同様に装置を作製し、また同様の測定を行った。この結果、1050nmのレーザ光照射により570〜600nmという短波長の発光を観測することができた。
<Example 2>
A solvent was prepared by adding 10-fold mol of a compound having the pigment part of compound Cd-21 as -CO-Ph to the compound Cd-21 solution shown in Example 1. And the apparatus was produced similarly to Example 1 and the same measurement was performed. As a result, light emission with a short wavelength of 570 to 600 nm could be observed by laser beam irradiation at 1050 nm.

(比較例1)
化合物Cd−21を水:エタノール(1:1)混合液に溶かし、これを石英製の分光セルに入れ、実施例1と同様の測定を行った。この結果、1050nmのレーザ光照射による発光は観測することができなかった。
(Comparative Example 1)
Compound Cd-21 was dissolved in a water: ethanol (1: 1) mixed solution, and this was put in a spectroscopic cell made of quartz, and the same measurement as in Example 1 was performed. As a result, light emission by 1050 nm laser light irradiation could not be observed.

(比較例2)
化合物Cd−21の溶液に微細金属体表面を浸漬することなしに、実施例1と同様の測定を行った。この結果、1050nmのレーザ光照射による発光は観測することができなかった。
(Comparative Example 2)
The same measurement as in Example 1 was performed without immersing the surface of the fine metal body in the solution of Compound Cd-21. As a result, light emission by 1050 nm laser light irradiation could not be observed.

(比較例3)
誘電体プリズムの一面に金膜を備える、表面プラズモン電場増強装置を使用し、金膜表面にシランカップリング剤を介してアミノ基を修飾した。そして、このアミノ基にローダミン6G骨格を結合させた系を構築し、実施例1と同様の測定を行った。この結果、1050nmのレーザ光照射による発光は観測することができなかった。
(Comparative Example 3)
A surface plasmon electric field enhancing device having a gold film on one surface of the dielectric prism was used, and the amino group was modified on the gold film surface via a silane coupling agent. Then, a system in which the rhodamine 6G skeleton was bound to this amino group was constructed, and the same measurement as in Example 1 was performed. As a result, light emission by 1050 nm laser light irradiation could not be observed.

以上の実施例から、金属消光を防止し、多光子励起化合物内に生じせしめたエネルギーを効率よく利用できることが実証された。   From the above examples, it was demonstrated that metal quenching can be prevented and the energy generated in the multiphoton excited compound can be used efficiently.

本発明に係る多光子励起装置は、生体物質を検出するバイオセンサとして利用することが可能である。例えば、被検出物質が多光子励起複合化合物の近傍に存在する場合、これらの間に相互作用が生じるため、多光子励起複合化合物の多光子励起効率が変化する。したがって、この多光子励起効率の変化に基づいて被検出物質の検出が可能となる。また、本発明に係る多光子励起装置は、多光子励起部が励起状態から基底状態へ戻る際に発光を伴う場合には、波長変換素子として利用することが可能である。さらに、本発明に係る多光子励起装置は、エネルギー移動を利用した人工光合成素子として利用することが可能である。多光子励起装置上に水分子を接触させて、光エネルギーを照射すると、表面に結合されている励起状態となった多光子励起複合物質または光化学系複合体により、接触している水分子が分解される。これにより、酸素及び/又は水素を発生させることができる。すなわち、本発明に係る多光子励起装置を用いて人工的に水から酸素を作り出すことができる。水分子は、通常の液体の水に含まれるものでもよいし、空気中等に含まれる水分子でもよい。   The multiphoton excitation device according to the present invention can be used as a biosensor for detecting a biological substance. For example, when the substance to be detected is present in the vicinity of the multiphoton excitation complex compound, an interaction occurs between them, so that the multiphoton excitation efficiency of the multiphoton excitation complex compound changes. Therefore, it becomes possible to detect the substance to be detected based on the change in the multiphoton excitation efficiency. Further, the multiphoton excitation device according to the present invention can be used as a wavelength conversion element when the multiphoton excitation unit emits light when returning from the excited state to the ground state. Furthermore, the multiphoton excitation device according to the present invention can be used as an artificial photosynthesis device utilizing energy transfer. When water molecules are brought into contact with the multiphoton excitation device and irradiated with light energy, the contacted water molecules are decomposed by the multiphoton excited complex material or photochemical complex that is in an excited state bonded to the surface. Is done. Thereby, oxygen and / or hydrogen can be generated. That is, oxygen can be artificially produced from water using the multiphoton excitation device according to the present invention. The water molecules may be contained in normal liquid water or water molecules contained in the air.

第1の実施形態に係る多光子励起装置を示す概略断面図1 is a schematic cross-sectional view showing a multiphoton excitation device according to a first embodiment. 多光子励起装置の微細金属体近傍を示す概略図Schematic showing the vicinity of a fine metal body of a multiphoton excitation device 多光子励起装置の微細金属体を有する基板を示す図The figure which shows the board | substrate which has the fine metal body of a multiphoton excitation device 第2の実施形態に係る多光子励起装置を示す概略断面図Schematic sectional view showing a multiphoton excitation device according to the second embodiment

符号の説明Explanation of symbols

10、30 多光子励起装置
12 誘電体層
12s 誘電体層の表面
13 基板
14 微細金属体
14a 充填部
14b 突出部
15 微細孔
Ca 受容体複合化合物
Cd 多光子励起複合化合物(エネルギー供与体)
Ce 光化学系複合体
A 結合部
D 多光子励起部
L 連結基
P 照射光
r 突出部の径
W 微細孔同士のピッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 30 Multiphoton excitation apparatus 12 Dielectric layer 12s Surface of dielectric layer 13 Substrate 14 Fine metal body 14a Filling portion 14b Protrusion portion 15 Fine pore Ca receptor complex compound Cd Multiphoton excitation complex compound (energy donor)
Ce Photosystem complex A Coupling part D Multiphoton excitation part L Linking group P Irradiation light r Diameter of protrusion W Pitch between micropores

Claims (11)

少なくとも一表面に開口している複数の微細孔を有する誘電体層を含む基板と、
前記微細孔内に充填された充填部と、該充填部上に前記誘電体層表面より突出するように形成されかつ照射光に起因して局在プラズモンを誘起し得る径を有する突出部とからなる複数の微細金属体とを備える多光子励起装置であって、
前記突出部の表面に結合した、下記一般式(I)で表される複数の多光子励起複合化合物を有することを特徴とする多光子励起装置。
一般式(I):D−L−A
(上記式中、Dは前記照射光の光エネルギーを吸収して多光子励起を生じ得るπ電子共役系を有する多光子励起部を表し、Aは前記突出部と結合する結合部を表し、Lは前記多光子励起部と前記結合部とを連結する連結基を表す。)
A substrate comprising a dielectric layer having a plurality of micropores open on at least one surface;
A filling portion filled in the micropores, and a protruding portion formed on the filling portion so as to protrude from the surface of the dielectric layer and having a diameter capable of inducing localized plasmon due to irradiation light. A multi-photon excitation device comprising a plurality of fine metal bodies,
A multi-photon excitation device comprising a plurality of multi-photon excitation complex compounds represented by the following general formula (I) bonded to the surface of the protrusion.
Formula (I): D-LA
(In the above formula, D represents a multiphoton excitation part having a π-electron conjugated system capable of absorbing the light energy of the irradiation light and causing multiphoton excitation, A represents a bond part coupled to the protruding part, and L Represents a linking group for linking the multiphoton excitation part and the binding part.)
前記結合部が、硫黄原子によって前記突出部と結合する含硫黄結合部であることを特徴とする請求項1に記載の多光子励起装置。   The multi-photon excitation device according to claim 1, wherein the coupling portion is a sulfur-containing coupling portion that is coupled to the protruding portion by a sulfur atom. 前記連結基が、脂肪族鎖からなる主鎖を有することを特徴とする請求項1または2に記載の多光子励起装置。   The multi-photon excitation device according to claim 1, wherein the linking group has a main chain composed of an aliphatic chain. 前記連結基が、下記一般式(II)で表される構造を含むことを特徴とする請求項3に記載の多光子励起装置。
一般式(II):−(G−T
(上記式中、Gは−C(=O)−、−O−、−NR−、−(N含有複素環)−、−S−、−SO−、−SO−、−P(=O)<、またはこれらの結合からなる2価もしくは3価の部分連結基を表し、Tは脂肪族基を表し、a、bおよびcはそれぞれ0から2の整数、1から100の整数および1から100の整数を表す。ここで、Rは水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1〜18のアルキル基、または炭素原子数6〜18のアリール基を表す。また、cが2以上の整数の場合には、それぞれのcについてGおよびT並びにaおよびbは同一であっても異なっていてもよい。)
The multi-photon excitation device according to claim 3, wherein the linking group includes a structure represented by the following general formula (II).
Formula (II):-(G a -T b ) c-
(In the above formula, G represents —C (═O) —, —O—, —NR 1 —, — (N-containing heterocycle) —, —S—, —SO—, —SO 2 —, —P (= O) <or a divalent or trivalent partial linking group comprising these bonds, T represents an aliphatic group, a, b and c are each an integer from 0 to 2, an integer from 1 to 100 and 1 To an integer of 100 to 100. Here, R 1 represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 18 carbon atoms, and c is an integer of 2 or more. In this case, G and T and a and b for each c may be the same or different.)
前記多光子励起部が、下記一般式(III)または一般式(IV)で表される化合物から導かれる残基であることを特徴とする請求項1から4いずれかに記載の多光子励起装置。
一般式(III):
Figure 2010156581
一般式(IV):
Figure 2010156581
(一般式(III)又は(IV)中、Yは、メチン基、メチレン基またはアミンを表す。これらのメチン基およびメチレン基は、ハロゲン原子、炭素原子数1〜18のアルキル基、炭素原子数1〜18のアルコキシ基および炭素原子数6〜18のアリール基からなる群より選択される少なくとも1つの置換基でそれぞれ置換されていてもよい。iは1〜4の整数を表す。R101及びR102は、それぞれ独立に水素原子、炭素原子数1〜18のアルキル基、または炭素原子数6〜18のアリール基を表す。R103、R104及びR105は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1〜18のアルキル基、または炭素原子数6〜18のアリール基を表す。jは0〜3の整数を表す。R106及びR107は、それぞれ独立に炭素原子数1〜18のアルキル基または炭素原子数6〜18のアリール基を表す。R108、R109、R110、R111は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アミノ基、ヒドロキシル基、炭素原子数1〜18のアルキル基、炭素原子数1〜18のアルコキシ基、炭素原子数1〜18のアシル基、炭素原子数1〜18のアシルアミノ基、炭素原子数1〜18のカルバモイル基、炭素原子数1〜18のスルホンアミド基、炭素原子数1〜18のスルファモイル基、炭素原子数1〜18のアルキルアミノ基、または炭素原子数6〜18のアリールアミノ基を表す。ここでR108〜R111について、上記に挙げた基は互いに連結して環を形成していてもよい。また、R101〜R111のいずれか1つは、前記連結基を形成するのに必要な官能基を少なくとも一つ有する。さらに、本項に記載のアルキル基およびアルコキシ基は、一部不飽和結合を有していたりへテロ原子で置換されていたり分岐していたりしてもよい。そして、アリール基は多環芳香族炭化水素基も含むものである。)
The multiphoton excitation device according to any one of claims 1 to 4, wherein the multiphoton excitation part is a residue derived from a compound represented by the following general formula (III) or general formula (IV): .
General formula (III):
Figure 2010156581
General formula (IV):
Figure 2010156581
(In general formula (III) or (IV), Y represents a methine group, a methylene group or an amine. These methine group and methylene group are a halogen atom, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, and the number of carbon atoms. Each of them may be substituted with at least one substituent selected from the group consisting of an alkoxy group having 1 to 18 and an aryl group having 6 to 18 carbon atoms, i represents an integer of 1 to 4. R 101 and R 102 independently represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 18 carbon atoms, and R 103 , R 104, and R 105 each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, atom, .R 106 and R 107 .j represents an integer of 0 to 3 representing an alkyl group or an aryl group having 6 to 18 carbon atoms, 1 to 18 carbon atoms are each independently .R 108, R 109, R 110 , R 111 represents an alkyl group or an aryl group having 6 to 18 carbon atoms, atom number 1 to 18 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a cyano group, an amino group, Hydroxyl group, alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, alkoxy group having 1 to 18 carbon atoms, acyl group having 1 to 18 carbon atoms, acylamino group having 1 to 18 carbon atoms, 1 to 18 carbon atoms A carbamoyl group, a sulfonamide group having 1 to 18 carbon atoms, a sulfamoyl group having 1 to 18 carbon atoms, an alkylamino group having 1 to 18 carbon atoms, or an arylamino group having 6 to 18 carbon atoms is represented here. in the R 108 to R 111, the groups listed above may form a ring. in addition, any one of R 101 to R 111, the communication It has at least one functional group necessary to form a group, and the alkyl group and alkoxy group described in this section are partially unsaturated, substituted with a hetero atom, or branched. The aryl group includes a polycyclic aromatic hydrocarbon group.)
前記多光子励起部が、多光子励起に起因して前記照射光の波長よりも短い波長の光を発するものであることを特徴とする請求項1から5いずれかに記載の多光子励起装置。   The multiphoton excitation device according to any one of claims 1 to 5, wherein the multiphoton excitation unit emits light having a wavelength shorter than the wavelength of the irradiation light due to multiphoton excitation. 前記多光子励起部が、多光子励起により得たエネルギーの少なくとも一部を供与するエネルギー供与体として働くものであり、
前記突出部の表面に連結された、該エネルギー供与体から供与されたエネルギーを受容するエネルギー受容体を有し、
前記エネルギー供与体および前記エネルギー受容体により光化学系複合体が形成されていることを特徴とする請求項1から6いずれかに記載の多光子励起装置。
The multiphoton excitation part serves as an energy donor that donates at least part of the energy obtained by multiphoton excitation,
An energy acceptor coupled to the surface of the protrusion for accepting energy donated from the energy donor;
The multiphoton excitation apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein a photochemical complex is formed by the energy donor and the energy acceptor.
少なくとも一表面に開口している複数の微細孔を有する誘電体層を含む基板、および
前記微細孔内に充填された充填部と、該充填部上に前記誘電体層表面より突出するように形成されかつ照射光に起因して局在プラズモンを誘起し得る径を有する突出部とからなる複数の微細金属体を用意して、
下記一般式(I)で表される複数の多光子励起複合化合物を前記突出部の表面に結合させることを特徴とする多光子励起装置の作製方法。
一般式(I):D−L−A
(上記式中、Dは前記照射光の光エネルギーを吸収して多光子励起を生じ得るπ電子共役系を有する多光子励起部を表し、Aは前記突出部と結合する結合部を表し、Lは前記多光子励起部と前記結合部とを連結する連結基を表す。)
A substrate including a dielectric layer having a plurality of micropores opened on at least one surface, a filling portion filled in the micropores, and formed on the filling portion so as to protrude from the surface of the dielectric layer And preparing a plurality of fine metal bodies composed of protrusions having a diameter capable of inducing localized plasmons due to irradiation light,
A method for producing a multiphoton excitation device, wherein a plurality of multiphoton excitation complex compounds represented by the following general formula (I) are bonded to the surface of the protrusion.
Formula (I): D-LA
(In the above formula, D represents a multiphoton excitation part having a π-electron conjugated system capable of absorbing the light energy of the irradiation light and causing multiphoton excitation, A represents a bond part coupled to the protruding part, and L Represents a linking group for linking the multiphoton excitation part and the binding part.)
前記結合部が、硫黄原子を含む含硫黄結合部であり、
前記硫黄原子によって、前記連結基と前記突出部とを結合させることを特徴とする請求項8に記載の多光子励起装置の作製方法。
The bond is a sulfur-containing bond containing a sulfur atom;
The method for producing a multiphoton excitation device according to claim 8, wherein the linking group and the protruding portion are bonded by the sulfur atom.
前記多光子励起部を、多光子励起により得たエネルギーの少なくとも一部を供与するエネルギー供与体として働くものとし、
該エネルギー供与体から供与されたエネルギーを受容するエネルギー受容体を前記突出部に連結して、前記エネルギー供与体および前記エネルギー受容体からなる光化学系複合体を形成することを特徴とする請求項8または9に記載の多光子励起装置の作製方法。
The multiphoton excitation part serves as an energy donor that provides at least a part of the energy obtained by multiphoton excitation,
9. A photochemical complex comprising the energy donor and the energy acceptor is formed by connecting an energy acceptor that receives energy donated from the energy donor to the protrusion. Or a method for producing the multiphoton excitation device according to 9.
被陽極酸化物質に陽極酸化処理を施して、該陽極酸化処理を施した陽極酸化面に開口を有する複数の微細孔を形成することにより、前記誘電体層を形成することを特徴とする請求項8から10いずれかに記載の多光子励起装置の作製方法。   2. The dielectric layer is formed by subjecting the anodized material to anodization, and forming a plurality of micropores having openings in the anodized surface subjected to the anodization. A method for producing a multiphoton excitation device according to any one of 8 to 10.
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