超解像ケミカルイメージングによる拘束空間下の高分子科学

• Project/Area Number: 17685024
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Polymer/Textile materials
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 青木 裕之 Kyoto University, 工学研究科, 准教授 (90343235)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥29,640,000 (Direct Cost: ¥22,800,000、Indirect Cost: ¥6,840,000); Fiscal Year 2007: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2006: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000); Fiscal Year 2005: ¥15,210,000 (Direct Cost: ¥11,700,000、Indirect Cost: ¥3,510,000)
• Keywords: 単一高分子鎖 / 単一分子 / 蛍光顕微鏡 / 高分子薄膜 / 表面・界面 / 蛍光プローブ法 / ミクロ相分離 / 近接場光学顕微鏡 / 単一分子観察 / スピンキャスト膜 / 高分子単分子膜 / Langmuir-Blodgett法 / コンホメーション緩和

Research Abstract

本年度はブロック共重合体単分子膜のミクロ相分離構造内におけるブロック高分子鎖のコンホメーション評価を行った。ポリイソブチルメタクリレート(PiBMA)およびポリオクタデシルメタクリレート(PODMA)から成るブロック共重合体、さらにそれぞれのホモポリマー鎖をリビングラジカル重合法により合成した。近接場光学顕微鏡(SNOM)観察のためにPiBMAおよびPODMA鎖はペリレンあるいはペリレンジイミド色素によって蛍光ラベルした。得られた高分子試料をLangmuir-Blodgett法によって単分子膜とし、SNOM観察を行った。
高分子単分子膜中における単一高分子鎖の蛍光SNOM観察にあたって、スピンキャスト膜中の鎖と比較して信号強度が著しく低下していることが判明した。検討の結果、単分子膜では色素分子が膜最表面に存在するために雰囲気中の酸素分子による消光の影響を強く受けることが示唆された。そこで試料単分子膜上にポリビニルアルコールを5-10nm積層することで消光が抑えられ、信号強度が数倍増強されることが分かった。
SNOMによる直接観察によりミクロ相分離構造内のPiBMAブロック鎖のコンホメーションについて評価した。個々の鎖について観察された形態に対して楕円近似を行い、その長軸および短軸の長さを調べた。その結果PiBMAブロック鎖は、ホモポリマー鎖と比較して二倍以上伸張した形態をとっていることが明らかになった。ブロック共重合体のミクロ相分離においてはすべての鎖が相分離界面に存在しているため、鎖間の反発により相分離界面平行方向の自由度が制限されている。これに加え、単分子膜では高さ方向の自由度を持たず、その結果、単分子膜のミクロ相分離構造内では鎖は相分離界面法線方向の一次元の自由度しか持たない。そのためPiBMAブロック鎖は著しく伸張した形態を有しているものと考えられる。このように空間的に制限されたブロック共重合体鎖の伸張したコンホメーションが、単一高分子鎖レベルの実空間観察によって明らかとなった。

Research Products

• [Journal Article] 近接場光学顕微鏡による超解像光計測・光記録-高分子材料への応用- (2008)
  • Author(s): 青木裕之
  • Journal Title: 機能材料 28 Pages: 14-21
• [Journal Article] Conformation of Single Poly (methyl methacrylate) Chains in Ultra-Thin Film Studied by Scanning Near-Field Optical Microscopy (2008)
  • Author(s): Hiroyuki Aoki, Sayuri Morita, Ryojun Sekine, Shinzaburo Ito
  • Journal Title: Polym. J. 40 Pages: 274-280
  • NAID: 10021116826
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nanosecond Dynamics of Poly (methyl methacrylate) Brushes in Solvents Studied by Fluorescence Depolarization Method (2008)
  • Author(s): Hiroyuki Aoki, Masafumi Kitamura, Shinzaburo Ito
  • Journal Title: Macromolecules 41 Pages: 285-287
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Localization and Orientation of Homopolymer in Block Copolymer Lamella: A Near-Field Optical Microscopy Study (2007)
  • Author(s): Jian Yang, Ryojun Sekine, Hiroyuki Aoki, Shinzaburo Ito
  • Journal Title: Macromolecules 40 Pages: 7573-7580
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Conformation of Single PMMA Chain in Uniaxially Stretched Film Studied by Scanning Near-Field Optical Microscopy (2007)
  • Author(s): Toru Ube, Hiroyuki Aoki, Shinzaburo Ito, Jun-ichi Horinaka, Toshikazu Takigawa
  • Journal Title: Polymer 48 Pages: 6221-6225
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 近接場光学顕微鏡 (2006)
  • Author(s): 青木裕之
  • Journal Title: 高分子 55 Pages: 831-835
  • NAID: 10020359885
• [Journal Article] Two-dimensional polymers investigated by scanning near-field optical microscopy : conformation of single polymer chain in monolayer (2005)
  • Author(s): Hiroyuki Aoki, Makoto Anryu, Shinzaburo Ito
  • Journal Title: Polymer 46 Pages: 5896-5902
• [Journal Article] Nano-Imaging of Polymers by Optical Microscopy (2005)
  • Author(s): Shinzaburo Ito, Hiroyuki Aoki
  • Journal Title: Adv. Polym. Sci. 185 Pages: 131-169
• [Presentation] 近接場光学顕微鏡による高分子材料の超解像光学観察 (2008)
  • Author(s): 青木裕之
  • Organizer: 京都工芸繊維大学機器分析センター市民講座・先端技術講座
  • Place of Presentation: 京都工芸繊維大学
  • Year and Date: 2008-03-07
• [Presentation] 単一高分子鎖の構造とダイナミクス〜近接場工学分光と単一分子分光による直接評価 (2008)
  • Author(s): 青木裕之
  • Organizer: 九州大学GCOE 第23回グローバルセミナー
  • Place of Presentation: 九州大学伊都キャンパス
  • Year and Date: 2008-01-30
• [Presentation] 近接場光学顕微鏡による高分子鎖の構造解析 (2007)
  • Author(s): 青木裕之
  • Organizer: 第56回高分子年次大会
  • Place of Presentation: 京都国際会議場
• [Presentation] 高分子薄膜の実空間観察-近接場光学顕微鏡による蛍光イメージング (2007)
  • Author(s): 青木裕之
  • Organizer: 学術創成研究費「パルス中性子源を活用した量子機能発現機構に関する融合研究」第7回研究会
  • Place of Presentation: 九州大学箱崎キャンパス
• [Book] 高分子先端材料One Point別巻高分子分析技術最前線 (2007)
  • Author(s): 青木裕之(分担執筆)
  • Publisher: 共立出版
• [Remarks]
  • URL: http://photo.polym.kyoto-u.ac.jp/