2016 Fiscal Year Research-status Report
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15K04636
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
山田 弘 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工, 応用科学群, 教授 (10545974)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 微小電極 / ナノ電極 / 走査プローブ顕微鏡 / 走査電気化学顕微鏡 / 酸素還元 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
走査電気化学顕微鏡(SECM)において，シアフォースやイオンコンダクタンスを利用することによりプローブ試料間距離のナノメートルオーダーの制御が可能となってきており，SECMの解像度向上のため，微細な電極を再現性良く，簡便に作成する必要性に迫られている．当該年度は，細胞近傍の酸素や電極活性な物質の流束イメージングを行うことを目的とした微小電極の作成を試み，作成した微小電極の基礎的な電気化学的特性の評価を行った．SECM用微小電極には白金や炭素電極が広く用いられている．SECM用のプローブとして用いる微小電極には，電極径が小さいだけでなく，絶縁層も含めた全体径が小さい必要がある．我々は，ポリジメチルシロキサン(PDMS)を微小石英キャピラリ内に詰めたのち，これを水素雰囲気で熱分解させることで電極微小電極を作成する新たな作成法を確立し，電極半径が100~1000nm，RG(電極全体径/電極径)が1.1~1.5の微小電極を作成した．この電極でのフェロセン誘導体などのメディエータの酸化挙動や酸素還元反応に関して検討を行い，これらの酸化還元電流は極めて安定であることを明らかにした．通常炭素微小電極では酸素還元に対する過電圧は大きいため，酸素濃度をモニターすることは難しいが，PDMS熱分解電極では安定して酸素濃度の経時変化をモニターすることが可能であった．また，今回作成したPDMS熱分解電極は，電極部分が凹んだ構造となり，定量的な測定には不向きとなる．我々は凹んだ部分を研磨する簡便な手法を考案し，ディスク電極とすることで定量的な解析が可能であることを示した．研磨して作成した電極半径約500nmのディスク電極でのフェロセニルメチルトリメチルアンモニウム(FA)の標準電極反応速度定数を求めることができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題の第一の目的は，培養条件下での生細胞近傍のイオン電導度，酸素・イオン流束のイメージングが可能な走査プローブ顕微鏡システムを開発することである．この走査プローブ顕微鏡は，細胞表面/プローブ間の距離を制御しつつイオンや酸素流束をイメージングする必要がある．距離制御法には，走査イオンコンダクタンス顕微鏡を組み合わせて行う方法とシアフォースを用いる方法がある．昨年度までの検討により，柔らかい表面をシアフォース法により走査する際，距離制御は可能ではあるが，プローブ先端と試料表面の相互作用が条件によっては無視できないことが明らかとなった．このため，イオン電導度による距離制御を行うために，イオン電導度測定用プローブを組み込んだデュアルプローブとすることが，イオン選択性プローブ・酸素還元用プローブともに必要になってきた．昨年度の検討により．イオン電導度/カリウムイオン選択性電極のデュアルプローブの作成法を確立した．本年度は，酸素流束のイメージングのため，イオン電導度/固体(白金・カーボン等)電極の作成を試みた．この微小固体電極の作成を検討している過程で，ポリジメチルシロキサン(PDMS)を微小石英キャピラリに詰めたのち，水素雰囲気で熱分解させることで簡便にナノ電極が作成できることを見出し，この電極は電気化学的に安定で優れた特性を持つことがわかった．そこで，本年度はこの電極の作成法を確立し，この電極の研磨法や基礎的な電気化学特性の評価を中心に検討を行った．
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| Strategy for Future Research Activity |
当該年度の検討により，ポリジメチルシロキサン(PDMS)熱分解ナノ電極は安定して酸素還元電流を測定することが可能であることがわかった．今後はシータ型石英管を用いることで，イオン電導度/PDMS熱分解ナノ電極からなるデュアルプローブの作成を試みる．また，当該年度までに作成法を確立したイオン電導度/カリウムイオン選択性電極からなるデュアルプローブを用いてカリウムイオン流束のイメージング，およびイオン電導度/PDMS熱分解ナノ電極からなるデュアルプローブを用いて酸素流束のイメージングを試みる．位相差顕微鏡ステージ上で細胞を培養しつつ，これらのデュアルプローブでのイメージングを試みる予定である．
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| Causes of Carryover |
当該年度の検討により，新規な電極材料を用いることで，電気化学的特性に優れたナノ電極を作成可能であることを見出した．このため，この電極の作成法の確立．特性評価を優先させたため，細胞培養は行わなかったため，未使用額が生じた．また，シアフォース制御下でのプローブと柔らかい試料表面の相互作用に関する研究の論文発表を行う予定であったが，H29年度に行うこととしたため，この論文の英文校正費用が未使用となった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
未使用額は．細胞培養に関連する消耗品，論文の校正費用に充てることとしたい．
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