自己組織化膜とプラズマの反応解析・制御による自己組織化膜への機能付与

• Project Area: Materials Design through Computics: Complex Correlation and Non-equilibrium Dynamics
• Project/Area Number: 25104720
• 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: Nagasaki University
• Principal Investigator: 篠原 正典 長崎大学, 工学研究科, 助教 (80346931)
• Project Period (FY): 2013-06-28 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2014: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2013: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: 自己組織化単分子膜自己組織化単分子膜 / プラズマ / 赤外吸収分光 / 反応解析 / 官能基 / 水素化 / 酸化 / 自己組織化膜 / シリコン

Outline of Annual Research Achievements

単分子の集合体である自己組織化単分子膜は，半導体・金属などの基板上に生体分子・有機分子を固定させる際の界面層として用いられる。界面層の制御により分子の吸着を制御できるため，自己組織化単分子膜の表面処理が重要となっていくと考えられる。有力な処理法としてプラズマ処理が挙げられる。プラズマと自己組織化単分子膜との反応については十分に分かっていない。さらに，分子の安定な化学結合状態，様々な分子構造が存在すること，様々な官能基を担持させることができることを考えると，複雑な分子を単純化したモデルとしてみなせる。近年プラズマの医療応用が注目を集めているが，生体分子が複雑なため反応の詳細が分かっていない。生体分子の特徴を有する自己組織化単分子膜を使えばその詳細が明らかにできると考えられる。
そこで，本研究では，自己組織化単分子膜とプラズマの反応について，多重内部反射赤外吸収分光法によるその場・実時間計測を用いて，調べた。
まず，オクタデシルトリクロロシランから製膜した，直鎖状の構造を持つ単分子膜を用い，反応を調べた。水素プラズマを曝露した場合には膜の水素化の進行し，酸素プラズマの曝露の場合には酸化が進行して膜が，エッチングされていく。水素・酸素の混合ガスのプラズマを曝露した場合，水素化・酸化の反応が両方見られた。また，混合プラズマの場合が膜のエッチングが増大したと考えられた。さらに，アミン基，チオール基を担持した単分子を用い，反応を調べた。上で見られた反応は単分子が担持する官能基にかかわらず，進行する反応であることも分かった。
以上のように，自己組織化単分子膜とプラズマの詳細な反応の解析に成功した。自己組織化単分子膜ばかりでなく生体分子のプラズマ処理にも重要な知見を与える成果である。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Infrared spectroscopic study on reactions of octadecyltrichlorosilane self-assembled monolayer with Plasmas (2015)
  • Author(s): Masanori Shinohara, Naoki Maruno, Yuta Yoshida, Yujiro Taniguchi, Kazuki Ito, Yamato Nakano, Yoshinobu Matsuda, Hiroshi Fujiyama
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 54 Issue: 1S Pages: 01AB04-01AB04
  • DOI: 10.7567/jjap.54.01ab04
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Infrared Absorption Spectroscopic Study on Reaction between Self-Assembled Monolayers and Atmospheric-Pressure Plasma (2015)
  • Author(s): Masanori Shinohara, Katsuhiro Amano, Naoki Maruno, Yuta Yoshida, Yoshinobu Matsuda and Hiroshi Fujiyama
  • Journal Title: Journal of Spectroscopy Volume: 2015 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1155/2015/417024
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Adsorption of hydrocarbon components generated in deuterated benzene plasma studied by in situ real-time infrared absorption spectroscopy (2014)
  • Author(s): Masanori Shinohara, Yujiro Taniguchi, Yuya Takaki, Yoshinobu Matsuda, Hiroshi Fujiyama
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 53 Issue: 9 Pages: 096202-096202
  • DOI: 10.7567/jjap.53.096202
  • NAID: 210000144458
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] シリコン表面のSi-Hの結合の赤外分光解析 (2014)
  • Author(s): 篠原正典，木村康男，庭野道夫，松田良信，藤山 寛
  • Journal Title: プラズマ・核融合学会誌 Volume: 91 Pages: 329-335
  • Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Reactions of Plasma with Self-Assemble Monolayer for plasma-bio application (2014)
  • Author(s): Naoki Maruno, Yuta Yoshida, Yujiro Taniguchi, Shohei Yagi, Masanori Shinohara, Yoshinobu Matsuda, Hiroshi Fujiyama
  • Journal Title: Proceedings of 8th International conference on reactive plasmas Volume: １
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Infrared spectroscopy of hydrogenation of Si surface exposed to hydrogen plasm (2014)
  • Author(s): Masanori Shinohara1, Naoki Maruno, Shohei Yagi, Yujiro Taniguchi, Takayoshi Tsumura, Yoshinobu Matsuda, Hiroshi Fujiyama
  • Journal Title: Proceedings of 8th International conference on reactive plasma Volume: 1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reactions of Surface Hydrogen on Amorphous Carbon Films with Hydrogen Plasma (2014)
  • Author(s): Masanori Shinohara, Taka-aki Kawakami, Ko-jiro Hara, Shohei Yagi, Yoshinobu Matsuda, Hiroshi Fujiyama
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 53 Issue: 1 Pages: 10204-10204
  • DOI: 10.7567/jjap.53.010204
  • NAID: 210000143216
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of an in-situ infrared spectroscopic measurement of plasma-induced reactions in ethanol (2014)
  • Author(s): M. Shinohara, A. Fuakae, K. Amano, Y. Yoshida, Y. Matsuda, H. Fujiyama
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: Vol. 52, No.11 Issue: 11S Pages: 11NC06-11NC06
  • DOI: 10.7567/jjap.52.11nc06
  • NAID: 210000143109
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Recent Trends of Plasma Engineering (2014)
  • Author(s): 篠原 正典, 金 載浩
  • Journal Title: IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials Volume: 134 Issue: 1 Pages: 41-46
  • DOI: 10.1541/ieejfms.134.41
  • NAID: 130003382669
  • ISSN: 0385-4205, 1347-5533
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Infrared spectroscopic study on deposition process of the amorphous carbon film with benzene molecule as a source in plasma enhanced chemical vapor deposition (2014)
  • Author(s): Masanori Shinohara, Yujiro Taniguchi, Yuya Takaki, Shohei Yagi, Yoshinobu Matsuda, Hiroshi Fujiyama
  • Journal Title: JPS Conference. Proceedings Volume: 1 Pages: 15081-15081
  • DOI: 10.7566/jpscp.1.015081
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evolution of Hydride Components Generated by Hydrogen Plasma Irradiation of a Si(110) Surface Investigated With In Situ Infrared Absorption Spectroscopy in Multiple Internal Reflection Geometry (2013)
  • Author(s): M. Shinohara, Y. Takami, S. Takabayashi, A. Oda, Y. Matsuda, H. Fujiyama
  • Journal Title: IEEE Trans. Plasma Sci. Volume: 41 Issue: 8 Pages: 1878-1883
  • DOI: 10.1109/tps.2013.2263850
  • Peer Reviewed
• [Presentation] チオール基を有する自己組織化単分子膜とプラズマの反応の赤外分光解析 (2014)
  • Author(s): 中野大和, 丸野尚紀, 谷口雄二郎, 吉田裕太, 伊東和樹, 篠原正典, 松田良信, 藤山寛 6Fp-2 (p.137)
  • Organizer: 応用物理学会九州支部学術講演会
  • Place of Presentation: 大分大学 (大分市)
  • Year and Date: 2014-12-06 – 2014-12-07
• [Presentation] アミノ基を有する自己組織化単分子膜とプラズマの反応の赤外分光 (2014)
  • Author(s): 丸野尚紀, 谷口雄二郎, 吉田裕太, 中野大和, 伊東和樹, 篠原正典, 松田良信, 藤山寛
  • Organizer: 応用物理学会九州支部学術講演会
  • Place of Presentation: 大分大学 (大分市)
  • Year and Date: 2014-12-06 – 2014-12-07
• [Presentation] 自己組織化単分子膜のプラズマによる反応の赤外分光解析 (2014)
  • Author(s): 篠原 正典, 吉田裕太，丸野尚紀，谷口雄二郎，伊東和樹，中野大和，松田良信，藤山 寛
  • Organizer: 第8回物性科学領域横断研究会
  • Place of Presentation: 大阪大学 (豊中市)
  • Year and Date: 2014-11-21 – 2014-11-22
• [Presentation] 自己組織化単分子膜とプラズマの相互作用の赤外分光解析 (2014)
  • Author(s): 篠原正典,吉田裕太,丸野尚紀,中野大和,谷口雄二郎,伊東和樹,松田良信,藤山 寛
  • Organizer: 電気学会プラズマ研究会
  • Place of Presentation: 大分市コンパルホール (大分市)
  • Year and Date: 2014-10-24 – 2014-10-26
• [Presentation] 生体モデル物質としての自己組織化膜と液中プラズマの反応の赤外分光解析 (2014)
  • Author(s): 篠原 正典，丸野 尚紀，吉田 裕太，伊東 和樹，中野 大和，谷口 雄二郎，松田 良信，藤山 寛
  • Organizer: 応用物理学会秋季講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学 (札幌市)
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] 液中プラズマと生体モデル分子の反応の赤外分光計測 (2014)
  • Author(s): 吉田裕太，中野大和，谷口雄二郎，丸野尚紀，伊東和樹，篠原正典，松田良信，藤山 寛
  • Organizer: 電気学会プラズマ研究会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学 (羽曳野市)
  • Year and Date: 2014-09-08 – 2014-09-10
• [Presentation] 液中プラズマが誘起する自己組織化膜の構造変化の赤外分光解析 (2014)
  • Author(s): 吉田 裕太 丸野 尚紀 篠原 正典 松田 良信 藤山 寛
  • Organizer: 九州薄膜・表面研究会
  • Place of Presentation: 福岡教育大学 (宗像市)
  • Year and Date: 2014-06-07
• [Presentation] 自己組織化膜とプラズマの反応過程の赤外分光解析 (2014)
  • Author(s): 丸野尚紀，吉田裕太，谷口雄二郎，伊東和樹，中野大和，篠原正典，松田良信，藤山 寛
  • Organizer: 九州薄膜・表面研究会
  • Place of Presentation: 福岡教育大学 (宗像市)
  • Year and Date: 2014-06-07
• [Presentation] プラズマ曝露による自己組織化膜の化学結合状態の変化 (2014)
  • Author(s): 篠原正典，丸野尚紀，吉田裕太，谷口雄二郎，松田良信，藤山寛
  • Organizer: 電気学会プラズマ研究会
  • Place of Presentation: 足利工業大学 (足利市)
  • Year and Date: 2014-05-09 – 2014-05-10
• [Presentation] Infrared spectroscopy of reactions induced by plasma (2013)
  • Author(s): Masanori Shinohara, Shohei Yagi, Yujiro Taniguchi, Naoki Maruno, Yuta Yoshida, Yoshinobu Matsuda, Hiroshi Fujiyama
  • Organizer: 原子分子データのフォーラム
  • Place of Presentation: 核融合科学研究所 (岐阜県土岐市)
  • Invited
• [Presentation] Infared spectroscopic study on changes of chemical states of SAM films due to plasma exposure (2013)
  • Author(s): Naoki Maruno, Yuta Yoshida, Masanori Shinohara, Yoshinobu, Matsuda and Hiroshi Fujiyama
  • Organizer: 2013 JSAP-MRSジョイントシンポジウム
  • Place of Presentation: 同志社大学 (京都府京都市)
• [Presentation] Reaction of plasmas with a self-assembly monolayer film, investigated with infrared spectroscopy (2013)
  • Author(s): Yuta Yoshida, Noaki Maruno, Yujiro Taniguchi, Masanori Shinohara, Yoshinobu Matsuda and Hiroshi Fujiyama
  • Organizer: The 9th Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering
  • Place of Presentation: ラマダホテル済州 (韓国 済州市)
• [Presentation] Hydrogenation process of Si substrate due to hydrogen plasma exposure, investigated with infrared spectroscopy (2013)
  • Author(s): Naoki Maruno, Yujiro Taniguchi, Takayoshi Tsumura, Masanori Shinohara, Yoshinobu Matsuda and Hiroshi Fujiyama
  • Organizer: The 9th Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering
  • Place of Presentation: ラマダホテル済州 (韓国 済州市)
• [Presentation] 自己組織化単分子膜とプラズマの反応の赤外分光解析 (2013)
  • Author(s): 丸野尚紀，谷口雄二郎，吉田裕太，八木翔平，篠原正典, 松田良信, 藤山 寛
  • Organizer: 応用物理学会九州支部学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学 (長崎県長崎市)