課題番号 ：S-19-CT-0063
利用形態 ：機器利用
利用課題名（日本語） ：生体材料、有機材料を用いた新規薄膜光学素子の開発
Program Title (English) ：Development of novel thin-film light emitting devices incorporating bio and organic materials
利用者名（日本語） ：川辺豊
Username (English) ：Y. Kawabe
所属名（日本語） ：公立千歳科学技術大学
Affiliation (English) ：Chitose Institute of Science and Technology

１．概要（Summary ）
発光性色素をドープした生体由来薄膜を用いた色素レーザーの研究において、効率向上の要因として生体分子と色素の相互作用に着目し検討を進めている。今回は特に似た構造を有するヘミシアニン色素Hemi1とHemi22（図1）について、その長鎖アルキル基が分光特性や光増幅特性に及ぼす影響について検討した。その結果、長鎖アルキルの存在が生体分子中で色素同士の会合を阻害し、光増幅特性の向上に寄与している可能性があることが示された。

図1 Hemi1(n=1)、Hemi22(n=22)の構造
２．実験（Experimental）
本研究においてはスピンコート法で作製したDNA- cetyltrimethylammonium(CTMA)薄膜を、色素を溶解したアセトン／クロロホルム混合溶媒への浸漬によってドープした。作製した膜の厚みは、触針式表面形状測定器（アルバック社製Dektak6M）を用いて計測した。得られた1m厚試料の吸収および円二色性(CD)スペクトルを、円二色性分散計（日本分光社製J-820）を用いて測定し比較した。またそれぞれの試料をNd-YAGパルスレーザーの第二高調波で励起し、発光スペクトルの強度依存性から光増幅効果の有無およびその閾値を評価した。
３．結果と考察（Results and Discussion）
　作製した試料の吸収及びCDスペクトルを図2に示す。色素濃度は正確には評価できないが30wt%程度と推察される。これはHemi1を用いたものであるが、CDスペクトルには分散形状が発現している。これは色素同士の相互作用によるいわゆる励起子効果と考えられる。

図2 DNA-CTMAにドープしたHemi-1の吸収・CDスペクトル
　一方、Hemi-22の場合は吸収とCDはほぼ一致している。これらについて強励起下における発光スペクトルを計測したところ、Hemi22では0.4mJ/cm2を閾値として光増幅が観測されたが、Hemi1では1mJ/cm2以下では観測されていない。再現性の確認が必要ではあるが、以上の結果は色素の長鎖アルキル基がDNA-CTMA中で色素の会合を抑制し、発振効率を向上させていることを示唆するものである。
４．その他・特記事項（Others）
J-820等の機器使用に当たっては運営委員である大越教授の協力を得た。実験の多くは菊地映里が行った。
５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) Yutaka Kawabe, Sixth International Workshop on Advanced, Nano- and Biomaterials and Their Applications, May 12–16, 2019, Cluj Napoca, Romania.
(2) Yutaka Kawabe, Kento Okoshi, 15th International Conference on Frontiers of Polymers and Advanced Materials (ICFPAM2019), IV-14, 17-21, June, 2019, Penang, Malaysia.
６．関連特許（Patent）
　なし