ナノ領域の高分子構造と機能の探求-走査フォトン顕微鏡による10nm域への挑戦

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15205016
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 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) ; 青木 裕之 京都大学, 工学研究科, 助手 (90343235) ; 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 / 10nm / ナノ構造

Research Abstract

10nmのスケールは分子機能をマクロ機能に繋ぐcritical lengthであり、物質の構造と機能を考えるとき、ここに高分子の高次構造と集合構造が活躍する最も重要な場がある。光学顕微鏡は有機物、ソフト材料、水中試料など、穏和な環境でその場観察する対象に威力を発揮するものであり、ソフトマテリアルである高分子の高次構造と集合構造の観察に適している。本研究では、走査フォトン顕微鏡の空間分解能をさらに向上させ、光の回折限界を超える10nm域の空間分解能を実現させる。初年度には、研究全体の基盤整備として以下の項目を中心に研究を行った。
1)高感度高分解能走査フォトン顕微技術の確立のために、計測機器メーカーとの共同研究を行い、性能向上を図った。光検出器の改善、種々のレーザー光源の整備、制御方式の変更、光プローブの作製などにより、光学顕微鏡と原子間力顕微鏡の長所を融合させた新フォトン顕微鏡を作製した。さらに、プローブの微細加工により分解能の向上を行った。
2)フォトン顕微測定のための最適高分子系の構築
蛍光顕微測定においては試料の作製、とくに蛍光ラベルの導入が鍵になる。設計されたモデル高分子試料の作製、そのための高分子薄膜の合成と調製を行った。また、適切な色素を探索し、高分子鎖に導入する重合反応、ラベル化反応を行い、ポリスチレン系、ポリメタクリル酸エステル系の蛍光ラベルに有効な色素と反応方法を確立した。
3)高分子集合構造の研究に必要な薄片試料を得るため、ウルトラミクロトームを導入した。その結果、50nmの精度で高分子薄片を得る技術を確立した。
4)水中動作型走査フォトン顕微鏡の開発
水中や溶媒中での観測が機能性試料では重要となる。そこで水中動作が可能な走査フォトン顕微鏡を開発した。シェアフォース検出をチューニングフォーク方式に変更し、新たに検出系を作製した結果、表面のナノ構造を水中でも高分解能で得ることに成功した。

Research Products

• [Publications] Hiroyuki Aoki: "Deep UV Scanning Near-Field Optical Microscopy for the Structural Analysis of Organic and Biological Materials"Appl.Phys.Lett. 84. 356-358 (2004)
• [Publications] Hiroyuki Aoki: "Near-Field Photo-patterning of Ultra-thin Polymer Films"Thin Solid Films. 449. 226-230 (2004)
• [Publications] Shinzaburo Ito: "Fluorescence Probe Method for Investigating Polymer Structures in Nanometer Dimensions"Bull.Chem.Soc.Jpn.. 76. 1693-1705 (2001)
• [Publications] 伊藤 紳三郎: "深紫外近接場光学顕微鏡によるナノイメージング"日本化学繊維研究所講演集. 61. (2004)