単一分子検出による界面/薄膜における高分子鎖の物性解析

• Project Area: Molecular Soft-Interface Science
• Project/Area Number: 21106510
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 青木 裕之 京都大学, 先端医工学研究ユニット, 准教授 (90343235)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000); Fiscal Year 2010: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2009: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: 単一高分子鎖 / 単一分子検出 / 表面・界面 / 分子配向 / 高分子ダイナミクス / 蛍光顕微鏡 / 超解像技術

Research Abstract

本研究は高分子材料が構成するソフトな表面・界面について、その構造とダイナミクスを単一分子レベルの計測を通して明らかにすることを目指している。前年度は高分子鎖上に導入された色素分子の単一分子観察によって高分子鎖セグメントの局所運動について評価した。本年度は、高分子鎖一本全体のコンホメーションの直接観察を実現する手法の開発を行った。通常の光学顕微鏡を用いながらナノメートルスケールの空間分解能を実現するFIONA (Fluorescence Imaging with One-Nanometer Accuracy)を画像観察に応用することで、高分解能の蛍光イメージングを実現し、界面における単一高分子鎖の評価を行うことを試みた。ローダミンを基本骨核として有するフォロクロミック色素分子をポリブチルメタクリレート(PBMA)の側鎖に導入することで、蛍光性の高分子鎖を合成した。このフォトクロミック色素は蛍光性および非蛍光性異性体間の反応を制御することで、PBMA鎖上に導入された色素を一つずつ計測し、その位置を同定することで画像構成を行った。このような原理に基づく顕微鏡法を開発することで、高分子鎖一本のコンホメーションをおよそ15nmの空間分解能で評価することに成功した。本手法を用いることにより、超薄膜中における高分子鎖の拡がりを評価し、空間的に拘束された状態においては鎖間のからみ合いが低下することが示された。

Research Products

• [Journal Article] Segmental Orientation of Single Polymer Chain in Langmuir-Blodgett Film Studied by Defocus Fluorescence Imaging (2011)
  • Author(s): Hiroyuki Aoki, Toshiaki Takahashi, Shinzaburo Ito
  • Journal Title: Polym.J. Volume: 43 Pages: 218-221
  • NAID: 10027789250
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 単一分子計測による高分子鎖の構造評価 (2011)
  • Author(s): 青木裕之
  • Journal Title: 高分子 Volume: 60 Pages: 66-69
  • NAID: 10027789827
• [Journal Article] Chain End Distribution of Block Copolymer in Two-dimensional Microphase-Separated Structure Studied by Scanning Near-Field Optical Microscopy (2009)
  • Author(s): R.Sekine, H.Aoki, S.Ito
  • Journal Title: J.Phys.Chem.B 113 Pages: 12865-12869
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Poly(methacrylate)s Labeled by Perylene Diimide : Synthesis and Applications in Single Chain Detection Studies (2009)
  • Author(s): H.Aoki, T.Takahashi, R.Sekine, Y.Tamai, S.Aoki, K.Tani, S.Ito
  • Journal Title: Polym.J. 41 Pages: 778-783
  • NAID: 10025525523
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 近接場光学顕微鏡による高分子のナノ構造解析 (2009)
  • Author(s): 青木裕之
  • Journal Title: 高分子論文集 66 Pages: 312-320
  • NAID: 10025094206
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 超解像光学による界面/薄膜における単一高分子鎖の構造評価 (2011)
  • Author(s): 青木裕之
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川大学(招待講演)
  • Year and Date: 2011-03-26
• [Presentation] Dynamics of Single Polymer Chain Studied by Defocus Fluorescence Imaging Technique (2010)
  • Author(s): Hiroyuki Aoki, Toshiaki Takahashi, Shinzaburo Ito
  • Organizer: 5th Pacific Rim Conference on Rheology
  • Place of Presentation: Sapporo
  • Year and Date: 2010-08-05
• [Presentation] Properties of single polymer chain studied by near-field/super-resolution optical microscopy (2010)
  • Author(s): H.Aoki
  • Organizer: 6th Single Molecule Meeting
  • Place of Presentation: 東京工業大
  • Year and Date: 2010-03-10
• [Presentation] 単一分子観察による高分子鎖の構造とダイナミクスの評価 (2010)
  • Author(s): 青木裕之
  • Organizer: 09-2高分子表面研究会
  • Place of Presentation: 東京理科大森戸記念館
  • Year and Date: 2010-01-15
• [Presentation] Conformation of single polymer chain in uniaxially stretched film studied by scanning near-field optical microscopy (2009)
  • Author(s): T.Ube, H.Aoki, S.Ito. J.Horinaka
  • Organizer: 11th Pacific Polymer Conference
  • Place of Presentation: ケアンズ(オーストラリア)
  • Year and Date: 2009-12-08
• [Presentation] Scanning near-field optical microscopy study for single liornopolymer chain location and orientation in microphase-separated block copolymer monolayer (2009)
  • Author(s): Y.Tamai, R.Sekine, H.Aoki, S.Ito
  • Organizer: 7th Asia-Pacific conference on Near-Field Optics
  • Place of Presentation: 済州島(韓国)
  • Year and Date: 2009-11-26
• [Presentation] 近接場光学顕微鏡でみる絡み合い系における単一高分子鎖の伸長と緩和 (2009)
  • Author(s): 宇部達, 青木裕之, 伊藤紳三郎, 堀中順一
  • Organizer: 第57回レオロジー討論会
  • Place of Presentation: 宇部全日空ホテル
  • Year and Date: 2009-10-07
• [Presentation] Conformation of Single Poly(methyl methacrylate) mains in an Ultra-Thin Film Studied by Scanning Near-Field Optical Microscopy (2009)
  • Author(s): 青木裕之
  • Organizer: 第58回高分子討論会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 2009-09-18
• [Presentation] 超解像蛍光観察による単一高分子鎖の拡がりの解析 (2009)
  • Author(s): 青木裕之, 森一樹, 高橋利明, 伊藤紳三郎
  • Organizer: 第58回高分子討論会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 2009-09-18
• [Presentation] 近接場光学顕微鏡による高分子単分子膜のミクロ相分離構造における単一分子鎖の形態評価 (2009)
  • Author(s): 玉井康成, 關根良潤, 青木裕之, 伊藤紳三郎
  • Organizer: 第58回高分子討論会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] 近接場光学顕微鏡でみる絡み合い系における単一高分子鎖の緩和挙動 (2009)
  • Author(s): 宇部達, 青木裕之, 伊藤紳三郎, 堀中順一
  • Organizer: 第58回高分子討論会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 2009-09-16
• [Presentation] 単一分子イメージングによるポリメタクリレート高分子鎖の構造評価 (2009)
  • Author(s): 青木裕之, 森一樹, 高橋利明, 伊藤紳三郎
  • Organizer: 2009年光化学討論会
  • Place of Presentation: 桐生市市民文化会館
  • Year and Date: 2009-09-16
• [Book] 近接場光のセンシング・イメージング技術への応用-最新のバイオ・化学・デバイス分野への展開-(分担執筆) (2010)
  • Author(s): 青木裕之
  • Publisher: シーエムシー出版