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3次元走査型AFMによる界面分子鎖の立体構造・ダイナミクス実空間計測

Research Project

Project/Area Number 17K17760
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Thin film/Surface and interfacial physical properties
Nanostructural chemistry
Research InstitutionKanazawa University

Principal Investigator

淺川 雅  金沢大学, ナノマテリアル研究所, 准教授 (90509605)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords原子間力顕微鏡 / 界面分子鎖 / 走査プローブ顕微鏡 / AFM / ナノ材料
Outline of Annual Research Achievements

界面に存在するナノ分子鎖は様々な界面現象の発現に重要な役割を果たしている。本研究では、3次元走査型原子間力顕微鏡(3D-AFM)をもとに、界面に存在するナノ分子鎖の立体構造・空間分布を1分子スケールで実空間計測できる新しい手法を確立する。これまで(H29年度、2017年度)に鎖長、親・疎水性や構造自由度の異なる界面分子鎖モデルを合成し、HOPG基板上に垂直配向していることを確認した。
そこで本年度(H30年度、2018年度)は、界面に配列させた分子鎖モデル間の相互作用を抑制させるため、また近接した分子鎖間の相互作用が界面分子鎖の構造やダイナミクスに与える影響を正確に理解するために、HOPG基板へ固定化するための基点構造にスペーサー部位を導入した界面分子鎖モデル分子を設計後、合成・精製した。
またHOPG基板上に固定化基点構造の自己組織化単分子膜を形成した後に、架橋反応により分子鎖モデルを界面に配列することを検討した。固定化基点分子の単分子膜は有機溶媒中で溶解するため、水溶液中における種々の架橋反応を検討し、界面分子鎖モデル構造を固液界面に配列させる条件を確立できた。
これらの成果により、種々の鎖長、親・疎水性や構造自由度の異なる界面分子鎖モデルをそれらの分子間隔を制御しながら配列できるようになった。今後、さまざまな計測条件で3次元分布の可視化を行い、計測メカニズムの解明や3D-AFM計測の改良を進める。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

界面分子鎖モデルを精密にデザインするための分子設計や単分子膜形成の条件の確立を達成できており、おおむね順調に進展していると考えている。今後、種々のカンチレバーを用いたダイナミクス計測の定量化などに向けて、構造自由度の異なる分子鎖モデルを構築できた、

Strategy for Future Research Activity

共振周波数の異なるカンチレバーを用いて周波数変調モードによる3次元AFM計測を実施し、鎖長や親・疎水性、構造自由度の違いが計測で得られる保存力・散逸力のそれぞれの信号にどのように現れるか検証する。この議論から、界面分子鎖のダイナミクス計測の定量化や可視化メカニズムの議論を進展させる。

Report

(2 results)
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report

Research Products

(17 results)

All 2018 2017

All Journal Article Presentation Book

  • [Journal Article] Direct Imaging of Atomic-Scale Surface Structures of Brookite TiO2 Nanoparticles by Frequency Modulation Atomic Force Microscopy in Liquid2018

    • Author(s)
      Hitoshi Asakawa, Eero Holmstrom, Adam S. Foster, Sunao Kamimura, Teruhisa Ohno and Takeshi Fukuma
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 122 Pages: 24085-24093

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.8b06262

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Ring Shape-Dependent Self-Sorting of Pillar[n]arenes Assembled on a Surface2018

    • Author(s)
      Ogoshi T, Takashima S, Inada N, Asakawa H, Fukuma T, Shoji Y, Kajitani T, Fukushima T, Tada T, Dotera T, Kakuta T, Yamagishi T
    • Journal Title

      Commun. Chem.

      Volume: 1 Pages: 92-92

    • DOI

      10.1038/s42004-018-0094-z

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Self-assembled monolayers of sulfonate-terminated alkanethiols investigated by frequency modulation atomic force microscopy in liquid2017

    • Author(s)
      Asakawa Hitoshi、Inada Natsumi、Hirata Kaito、Matsui Sayaka、Igarashi Takumi、Oku Norihisa、Yoshikawa Norinobu、Fukuma Takeshi
    • Journal Title

      Nanotechnology

      Volume: 28 Pages: 455603-455603

    • DOI

      10.1088/1361-6528/aa8aa7

    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hydration Structure of Brookite TiO2 (210)2017

    • Author(s)
      Holmstrom, E.; Ghan, S.; Asakawa, H.; Fujita, Y.; Fukuma, T.; Kamimura, S.; Ohno, T.; Foster, A. S.
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 121 Pages: 20790-20801

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.7b05524

    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Macrocyclic host-guest complexations visualized by frequency-modulation atomic force microscopy in water2018

    • Author(s)
      Hitoshi Asakawa
    • Organizer
      The 21st International Conference on Non-contact Atomic Force Microscopy
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Spatial distribution of interfacial nanochains visualized by 3D-SFM in liquid2018

    • Author(s)
      Kayo Komatsu
    • Organizer
      4th International Conference on Scanning Probe Microscopy on Soft and Polymeric Materials
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 3D potential map of host-guest interactions investigated by 3D-SFM in liquid2018

    • Author(s)
      Shumpei Takano
    • Organizer
      4th International Conference on Scanning Probe Microscopy on Soft and Polymeric Materials
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] AFM investigation of self-assembled monolayers of tetraphenylmethane derivatives2018

    • Author(s)
      Sayaka Matsui
    • Organizer
      4th International Conference on Scanning Probe Microscopy on Soft and Polymeric Materials
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] In situ visualization of host-guest complex formation by FM-AFM in liquid2018

    • Author(s)
      Yuta Sawada, Shu Takashima, Tomoki Ogoshi, Hitoshi Asakawa
    • Organizer
      9th International conference on molecular electronics and bioelectronics
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Direct observation of host-guest complex formations by frequency-modulation atomic force microscopy in water2018

    • Author(s)
      Hitoshi Asakawa
    • Organizer
      The 6th Symposium on Challenges for Carbon-based Nanoporous Materials
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 液中3D-SFMによるホスト-ゲスト相互作用力分布の単分子スケール実空間計測2018

    • Author(s)
      松井 彩香、高野 駿平、太田 明雄、淺川 毅、淺川 雅
    • Organizer
      第78回 応用物理学会 秋季学術講演会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 3次元走査型力顕微鏡によるホスト-ゲスト相互作用力分布の実空間計測2018

    • Author(s)
      高野 駿平、松井 彩香、太田 明雄、淺川 毅、淺川 雅
    • Organizer
      第78回 応用物理学会 秋季学術講演会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] Macrocyclic host-guest interactions investigated by 3D-SFM in liquid2018

    • Author(s)
      Hitoshi Asakawa, Shumpei Takano, Sayaka Matsui
    • Organizer
      International Symposium on Atomic Force Microscopy at Solid-Liquid Interfaces
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] AFM investigation of biological molecules in liquid with sub-nm resolution2018

    • Author(s)
      Hitoshi Asakawa
    • Organizer
      The 1st NanoLSI International Symposium - Towards Establishment of New Research Field: Nanoprobe Life Science-
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 分子認識に関わるホスト-ゲスト相互作用の3次元ポテンシャルマップ2018

    • Author(s)
      高野 駿平、松井 彩香、生越 友樹、太田 明雄、淺川 毅、淺川 雅
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 3次元SFMによる界面ナノ分子鎖の実空間計測に向けたモデル構築2018

    • Author(s)
      小松 佳代、松井 彩香、高野 駿平、太田 明雄、淺川 毅、淺川 雅
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Book] 走査型プローブ顕微鏡2017

    • Author(s)
      淺川 雅、岡嶋 孝治、大西 洋
    • Total Pages
      128
    • Publisher
      共立出版
    • ISBN
      9784320044548
    • Related Report
      2017 Research-status Report

URL: 

Published: 2017-04-28   Modified: 2019-12-27  

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