走査フォトン顕微鏡で拓く単一分子鎖の高分子科学-分子形態と集合状態の非統計的観察

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12305061
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 伊藤 紳三郎 京都大学, 工学研究科, 教授 (50127049)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大岡 正孝 京都大学, 工学研究科, 教務技官 (10160425) ; 大北 英生 京都大学, 工学研究科, 助手 (50301239)
• Keywords: 走査フォトン顕微鏡 / 高分子構造 / 近接場光学 / 超薄膜 / 単一分子 / 分光分析 / 相分離 / ナノ構造

Research Abstract

本研究は、近接場光学を利用した走査フォトン顕微(SNOM)技術を高分子に適用することにより、高分子鎖の分子形態、構造、集合状態についてナノスケールでの構造観測を可能にすることを目的としている。多数の分子集団の統計的な平均値ではなく、非統計的なミクロ構造を明らかにすることにより、分子レベルから高分子構造・物性を探究する新しい高分子科学を開拓することを目指している。
初年度において、主要機器である走査フォトン顕微鏡を実用的な計測機器として確立することができた。第2年度においてはこれをもとに、単一高分子鎖の観測を行った。一般的な合成高分子であるメタクリレート系高分子では、分子量100万程度の単一分子鎖が広がりをもつスポットとして観測され、像から分子鎖の空間分布を、輝度から各分子量を評価できること、1分子が単分子膜中で凝縮した形態をとることを示した。また2つ目の系としてDNA鎖の観測を行った。カチオン性基板に吸着したDNA鎖が、流動吸着により高度に配向され延伸した像が観測できた。これは光学的な手法によりナノスケールでの塩基配列の検出を可能にする技術として着目される。第3年度においては、走査型フォトン顕微鏡技術をより広範囲な対象に適用するため、UV光を用いるSNOMの開発に着手した。これは使用する光の波長を短波長にすることによりSNOMの分光分析能力を飛躍的に拡大することを目指したものである。紫外線透過率の良い石英ファイバープローブを自作し、観測光学系を紫外線対応に改良することにより、266nmを励起光源とするSNOM観察を実現した。これにより芳香族基を有する一般的な高分子のナノ相分離構造や細胞、タンパクのような生体物質の高分解能観察が可能となった。

Research Products

• [Publications] H.Aoki: "Two-Dimensional Phase Separation of Block Copolymer and Homopolymer Blend Studied by Scanning Near-Field Optical Microscopy"Applied Surface Sci.. 188. 534-538 (2002)
• [Publications] 伊藤 紳三郎: "走査型近接場光学顕微鏡"高分子. 51. 829 (2002)
• [Publications] 伊藤 紳三郎: "蛍光プローブによる高密度表面グラフト鎖のナノ秒ダイナミクスの研究"日本化学繊維研究所講演集. 60(in press). (2003)
• [Publications] M.Fujihira: "Nano Optics"Springer. 11 (2002)