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2次元金属ナノ超配列構造による分子集合体の光認識・動的制御

Research Project

Project/Area Number 17034002
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

村越 敬  北海道大学, 大学院理学研究院, 教授 (40241301)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 木口 学  北海道大学, 大学院理学研究院, 講師 (70313020)
並河 英紀  北海道大学, 大学院理学研究院, 助手 (30372262)
Project Period (FY) 2005 – 2006
Project Status Completed (Fiscal Year 2006)
Budget Amount *help
¥5,000,000 (Direct Cost: ¥5,000,000)
Fiscal Year 2006: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,600,000)
Fiscal Year 2005: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000)
Keywordsナノギャップ / 表面増強ラマン散乱 / 単一分子検出 / 脂質二分子膜 / 自発展開 / 単一分子追跡 / 分子分別 / 光物性 / ラマン分光 / 走査プローブ顕微鏡 / ナノコンタクト / 量子細線 / 光物質
Research Abstract

金属微小構造体より構築される極微小空間での高感度分子検出および分子分別システムの構築を行なった。自己組織的に配列させたポリスチレンビーズをテンプレートとしてガラス基板上へ金属を傾斜蒸着することで、ガラス基板上へ金属微小構造体を規則的に配列させることが可能となる。蒸着時の角度・速度・蒸着量の厳密な制御に基づいて、二つの金属微小構造体を近接して配置させたダイマー構造を構築した。その際のギャップ間隔はナノメートルオーダーにて制御可能であった。このギャップ近傍へ2,2'-及び4,4'-bipyridine分子を吸着させた後、顕微ラマン分光装置にてラマン散乱スペクトルの経時観察を行なったところ、両者のスペクトルが瞬間的に入れ替わる挙動が観察された。統計学的解析の結果、本現象は2個以上複数の分子が同時に入れ替わったとは考えられず、単一分子からのシグナルを検知していたものと結論付けられた。これまで、固体基板上に設計された金属微小構造体から単一分子由来のシグナルを観察した直接的な証拠を示した研究例はなく、本研究はその先駆的な成果といえる。
一方、構造体ギャップのスケールを幅数十〜数百ナノメートル程度にまで拡張した場合、この構造体基板上にて脂質二分子膜の自発展開現象を発現させることで、自発展開膜内に添加した種々の分子をその分子特性に依存して分離分別することが可能となった。全反射蛍光顕微鏡を用いた単一分子追跡による検討の結果、特定の分子はギヤップでの分子拡散性が顕著に低下していることが明らかとなった。これはギャップにおける化学ポテンシャル障壁の形成が分子拡散性に影響を及ぼした結果であると考えられる。
これらの知見により、金属微小構造体により形成される数〜数百ナノメートル程度の微小空間においては、高感度分子検出あるいは分子分別システムなどの機能性が発現することが示された。

Report

(2 results)
  • 2006 Annual Research Report
  • 2005 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2007 2006 2005

All Journal Article (12 results) Book (3 results)

  • [Journal Article] Observation of a Small Number of Molecules at a Metal Nanogap Arrayed on a Solid Surface Using Surface-Enhanced Raman Scattering2007

    • Author(s)
      Y.Sawai
    • Journal Title

      J. Am. Chem. Soc. 129 (6)

      Pages: 1658-1658

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  • [Journal Article] Control of the Structure of Self-Spreading Lipid Membrane by Changing Electrolyte Concentration2006

    • Author(s)
      H.Nabika
    • Journal Title

      Langmuir 22 (26)

      Pages: 10927-10927

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  • [Journal Article] Fabrication of Stable Pd Nanowire Assisted by Hydrogen in Solution2006

    • Author(s)
      M.Kiguchi
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett 88 (25)

      Pages: 253112-253112

    • NAID

      120000960308

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Control of near-infrared optical response of metal nano-structured film on glass substrate for intense Raman scattering2006

    • Author(s)
      Y.Sawai
    • Journal Title

      Faraday Discussions 132

      Pages: 179-179

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  • [Journal Article] Tracking single molecular diffusion on glass substrate modified with periodic Ag nano-architecture2006

    • Author(s)
      B.Takimoto
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Part 1 45 (7)

      Pages: 6039-6039

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  • [Journal Article] Conductance Bistability of Gold Nano-constriction at Room Temperature2006

    • Author(s)
      M.Kiguchi
    • Journal Title

      Phys. Rev. B 73 (12)

      Pages: 125406-125406

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  • [Journal Article] Tracking Single Molecular Diffusing on Glass Substrate Modified with Periodic Ag Nano-architecture2006

    • Author(s)
      B.Takimoto
    • Journal Title

      Jpn.J.Appl.Phys in press

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    • Author(s)
      M.Kiguchi
    • Journal Title

      Phys.Rev.B in press

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    • Author(s)
      B.Takimoto
    • Journal Title

      Trans.Mater.Res.Soc.Jpn 30

      Pages: 561-564

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    • Author(s)
      H.Nabika
    • Journal Title

      J.Am.Chem.Soc 127

      Pages: 16786-16787

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    • Author(s)
      K.Murakoshi
    • Journal Title

      Elecrochem.Acta 50

      Pages: 3069-3075

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      J.Li
    • Journal Title

      Chem.Lett 34

      Pages: 374-375

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  • [Book] Charge Transfer Processes in Semiconductor and Metal Nanostructures2006

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      Y.Sawai
    • Total Pages
      458
    • Publisher
      Electrochemical Society
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    • Author(s)
      沢井 良尚
    • Total Pages
      340
    • Publisher
      シーエムシー出版
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  • [Book] プラズモンナノ材料の設計と応用展開2006

    • Author(s)
      沢井良尚
    • Publisher
      シーエムシー出版(in press)
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      2005 Annual Research Report

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Published: 2005-04-01   Modified: 2018-03-28  

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