ナノパーツを用いた3次元構造の順序付き自己組み立て

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15656036
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 松本 潔 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 助教授 (10282675)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 福田 勝己 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 助手 (20134471) ; 下山 勲 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 教授 (60154332)
• Keywords: 自己組み立て / 疎水性相互作用 / 電気二重層 / ファンデルワールス力 / 自己組織化単分子膜 / 閉構造の組立

Research Abstract

平成15年度は、順序付き自己組み立ての要素技術の確立を行った。
順序付き自己組み立てを行うために、溶液中で微小粒子に働く疎水性相互作用、電気二重層による静電反発力、ファンデルワールス力の3つのバランスを制御する手法を考案した。
シリコンを材料に用い、直径10um、高さ5umの角柱形のパーツを作成し、表面を酸化してSiO2とした。SiO2は親水性である。さらに角柱の片面を金でコーティングし、金の上に末端が疎水基である自己組織化単分子膜をコーティングし、金膜面だけを疎水性とした。
このパーツをpHが6.5の溶液中で撹拌すると、微小パーツの金膜面同士は疎水性相互作用で吸着したが、SiO2面は電気二重層の反発力により、吸着が起こらない(第1ステップ)。次にこの溶液のpHを3.0に下げると、SiO2面の電気二重層が消滅する。この時ファンデルワールス力が支配的になり、SiO2同士の吸着が生じる(第2ステップ)。以上の方法で、2段階の順序付き自己組み立てを確認した。
撹拌による確率的な組立なので、集率の評価を行った。第1ステップでは68%、第2ステップまででは19%であった。またカンチレバー型の微小力センサを用いて吸着力の評価を行った。疎水性相互作用で吸着している金面は、pHによらず11.5[nN/um2]であった。またSiO2面では、pHが3.0の時のみ、0.253[nN/um2]の吸着力が生じていた。
この手法を用い、順序を付けなければ組立たない閉構造の組立を試みた。具体的には、U型のパーツを用いてチェーンを構成した。実験の結果、不完全であるが、3つのパーツによるチェーン構造が作成できることを確認した。
今後は、多段の順序付き組立、集率の向上を試みる予定である。

Research Products

• [Publications] Hiroaki Onoe, Kiyoshi Matsumoto, Isao Shimoyama: "3D Micro Self-assembly Using a Hydrophobic Interaction Controlled by SAMs"Proc.on 16th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems(MEMS'03). 606-609 (2003)
• [Publications] Hiroaki Onoe, Kiyoshi Matsumoto, Isao Shimoyama: "Sequential Self-Assembly by Controlling Interactive Forces between Microparticles"Proc.on 17th IEEE International Conference on Micro electro Mechanical systems(MEMS'04). 5-8 (2004)