2017 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学群), 応用科学群, 教授 (10545974)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | SECM / 白金微小電極 / 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，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．また，細胞等の呼吸活性を評価する場合には，酸素流束のイメージングが必要である．単一細胞の呼吸活性をイメージングするためには，ナノメートルオーダーの白金電極を作成することが必要である．当該年度は，平成28年度において作成法を確立したポリジメチルシロキサン(PDMS)熱分解生成物に炭素を析出させたカーボン微小電極をベースとした白金微小電極の作成が可能であることを見出した．熱分解PDMSカーボン微小電極の先端外側には熱分解PDMS層が形成されており，このカーボン微小電極に白金メッキを施すと，先端から数十～数百ナノメートルの範囲が薄い白金層に覆われ，ニードル型白金微小電極となることがわかった．この電極では安定した酸素還元電流を測定することができた．
また，ディスク型白金微小電極を作成する場合には，微小炭素電極の先端外側にある熱分解PDMS 層を取り去ったのち，白金メッキを行う必要がある．このためには，微小電極先端を研磨（数十～数百ナノメータ）する手法を確立する必要がある．そこで，次の二つの研磨法を考案した．一つ目は，音叉型水晶振動子に粒度0.05ミクロンのラッピングフィルムを取り付け，ピエゾ素子駆動のステージを用いて先端をラッピングフィルムに押し当てて研磨する方法である．水晶振動子の出力電圧をモニターすることで先端とラッピングフィルム表面が接触していることが確認できるため，研磨する長さを制御することができる．また，アルミナ研磨剤を懸濁させたグリセリン中に約60~100 kHzで振動させたカーボン微小電極を数分間浸漬させることで先端外側を研磨することができる．これらの研磨法により微小炭素電極先端を研磨した後，白金メッキを施し，サブミクロンの白金ディスク電極を作成した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
細胞近傍における局所酸素濃度のイメージングのためにはサブミクロンサイズの微小白金電極を用い，電極と試料間距離を制御しつつイメージングするためには白金微小電極とイオン電導度測定を同時に行えるSECM/SICMデュアルプローブのが必要である．当該年度は，H28年度に作成法を確立した熱分解PDMS炭素微小電極の作製を応用し，白金電極を作製するため，様々な手法を試みたところ，白金メッキをすることで容易に酸素還元電流を安定して測定することが可能な白金電極を作成できることがわかった．また，先端から数十～数百ナノメートルにわたり薄い白金層が形成されるという当初予想されなないユニークな形状の電極が得られた．また，ディスク状の白金微小電極も必要である．これを作成するためには，ナノメートルオーダーで電極先端を研磨する新たな手法も必要となり，この研磨法を確立することができた．
また，電極の作成法を模索している過程で，熱分解PDMSは多孔質であり，これのみを微小ガラスキャピラリにつめたSICMプローブを作成した．このプローブのイオン伝導度は十分に大きく，SICM形状イメージングが可能であることがわかった．
これらのことに注力したため，当初予定していたデュアルプローブの作成およびこれを用いたイメージングに取りかかることができなかったため，1年間の期間延長を申請した．当該年度での検討により確立した白金微小電極の作成法，電極先端のナノメートルオーダーでの研磨法など．デュアルプローブの作成に有用である技術が得られたのは大きな成果と考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
当該年度まで検討を続けてきた熱分解PDMSを用いた微小電極の作成法を用いてSECM/SICMデュアルプローブとした場合には，SICM側のバレル先端部分にも熱分解PDMSが詰まった状態となる．しかし，当該年度の検討により，熱分解PDMSは多孔質でイオン伝導性が高く，これが先端に存在する状態でもSICMイメージングが可能となることがわかった．このため，これまでに得られた白金微小電極の作成法を活用し，白金微小電極をSECMプローブ，多孔質熱分解PDMSをつめたSICMプローブからなるデュアルプローブの作成を試みる．
イオン選択性電極にも多孔質である熱分解PDMSを活用することで，安定な応答を有するイオン選択性電極が作成できる可能性がある．そこで，多孔質熱分解PDMSを用いたカリウムイオン選択性電極をSECMプローブ，多孔質熱分解PDMSをつめたSICMプローブからなるデュアルプローブの作成も試みる．
また，これらのプローブを用い，細胞近傍の局所酸素・イオン流束イメージングを試みる予定である．
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| Causes of Carryover |
当該年度は，白金微小電極の作成法を検討する過程でこれまでにない形状のサブミクロンサイズのニードル型白金電極が得られることを見出した．また，ナノ～サブミクロンサイズの微小電極の先端を研磨する新しい手法の構築を優先した．細胞培養下でのイメージングを行う予定であったが，これらを優先して行ったため，細胞培養に使用する予定であった予算を使用せず，次年度に行うこととした．よって次年度は，細胞近傍の酸素・カリウムイオン流束のイメージング実験を行うため，細胞培養の消耗品購入に使用する予定である．
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Research Products
(2 results)
