近接場単一分子分光によって明らかにする表面・界面における高分子鎖の物性

• Project Area: Molecular Science for Supra Functional Systems ? Development of Advanced Methods for Exploring Elementary Process
• Project/Area Number: 22018014
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 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): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥4,000,000 (Direct Cost: ¥4,000,000); Fiscal Year 2011: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000); Fiscal Year 2010: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
• Keywords: 単一高分子鎖 / 表面・界面 / 薄膜 / 近接場光学 / 蛍光顕微鏡

Research Abstract

高分子材料表面の摩擦(ラビング)によって誘起される高分子鎖の配向を詳細に評価した。試料としてペリレンで蛍光ラベルされたポリメタクリル酸メチル(PMMA)のフィルムを用い、その表面をラビングした後、走査型近接場光学顕微鏡(SNOM)による観察を行った。SNOM画像から鎖全体のコンホメーションを評価したところ、ラビング前後でほとんど変化していないことが分かった。一方、励起異方性によって鎖のセグメント配向を評価したところ、ラビング方向に強く配向していることが分かった。このことから、ラビングによって鎖めセグメントのみが局所的に配向することが明らかとなった。蛍光ラベル鎖を表面からの深さを精密に制御して配置することで、ラビングの影響が表面からどの程度の深さにまで影響するか検討を行った。その結果、セグメント配向が誘起されるのは表面近傍から10nm程度までの領域に存在する鎖であることが分かった。ラビングによるセグメント配向はPMMAのガラス転移点(100℃)より低い30℃においても配向が起こることが分かった。これは最表面における高分子鎖の運動性が向上しているためであると考えられる。また超解像光学顕微鏡の導入についても検討した。超解像顕微鏡では高分子鎖全体のコンホメーションを20nmの分解能で観察することができたものの、セグメントレベルの局所的な配向状態を十分に捉えることはできず、上記のラビングした薄膜における高分子鎖の配向を超解像顕微鏡で評価するには至らなかった。

Research Products

• [Journal Article] Conformational Analysis of Single Polymer Chains in Three Dimensions by Super-resolution Fluorescence Microscopy (2012)
  • Author(s): Hiroyuki Aoki, Kazuki Mori, Shinzaburo Ito
  • Journal Title: Soft Matter Volume: 8 Issue: 16 Pages: 4390-4395
  • DOI: 10.1039/c2sm07227k
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of Surface Compositions of Phase-Separated structures in Conjugated Poly (phenylene vinylene) Blends by Scanning Near-Field Optical Microscopy (2011)
  • Author(s): Li-Ting Lee, Toru Ube, Hiroyuki Aoki, Shinzaburo Ito
  • Journal Title: Polymer Volume: 52 Issue: 25 Pages: 5897-5903
  • DOI: 10.1016/j.polymer.2011.10.043
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Relaxation of Single Polymer Chain in Poly (Methyl methacrylate) Films under Uniaxial Extension Observed by Scanning Near-field Optical Microscopy (2011)
  • Author(s): Toru Ube, Hiroyuki Aoki, Shinzaburo Ito, Jun-ichi Horinaka, Toshikazu Takigawa, Toshiro Masuda
  • Journal Title: Macromolecules Volume: 44 Issue: 11 Pages: 4445-4451
  • DOI: 10.1021/ma2004986
  • Peer Reviewed
• [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
• [Presentation] ナノ光学イメージングによる高分子材料の構造評価 (2011)
  • Author(s): 青木裕之
  • Organizer: 日本分光学会ナノ分光部会シンポジウム
  • Place of Presentation: 和光
  • Year and Date: 2011-12-16
• [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
• [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