2018 Fiscal Year Research-status Report
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15K05602
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| Research Institution | Prefectural University of Hiroshima |
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Principal Investigator |
大竹 才人 県立広島大学, 生命環境学部, 教授 (30437355)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 機能表面 / 表面修飾 / シリコン / 4-シアノフェノール / エーロゾルOT |
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| Outline of Annual Research Achievements |
代表的な機能性膜(functional layer)として疎水基と親水基を持つ生体膜がある。これを構成するリン脂質は、二本のアルキル鎖からなる疎水基と、親水基をもつ両親媒性物質である。生体膜はこのリン脂質の二分子膜を基盤として形成されており、疎水基同士を向かい合わせ、親水基が膜の両側の水相に向かっている構造となっている。この脂質二重層の一層を、疎水性で占める水素終端Si基板で置き換えて、その表面に界面活性剤など二本鎖を有する単分子を吸着させることにより、生体二分子膜(脂質二重層)の機能を解明する1つのモデルとなる。そこで本研究では単結晶Siを基板として利用し、その表面に長鎖分子として界面活性剤として知られているエーロゾルOTで修飾して、更に芳香族分子として4-Cyanophenolを導入することによって共吸着させ、膜の構造や振る舞いをin-situ ATR-FTIRによる測定によって解析を試みた。その結果、エーロゾルOTは疎水性のアルキル鎖が水素終端化されたSi表面との相互作用により吸着して、Siの表面酸化を抑制した。4-Cyanophenolは疎水性のベンゼン環がSi表面に吸着するが、一方でSi表面が酸化されて親水性の表面になり離れていく。この両存在下では、エーロゾルOTによる吸着膜がSi表面を4-Cyanophenolから保護することが示唆された。
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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
始めに1×10-2 MエーロゾルOT水溶液のみを流通させながら時間変化をおったIRスペクトルでは、エーロゾルOTによるCHx伸縮振動ピークのスペクトルが観測され、時間変化とともにCHxのピークが増加した。これは疎水性の表面である水素で終端化したSi表面とエーロゾルOTの疎水性のアルキル鎖との相互作用によって吸着したものと考えられる。
続いて、1×10-2 MのエーロゾルOTと4-Cyanophenolの混合水溶液を流通させた場合のIRスペクトルでは、4-Cyanophenol濃度の増加にともない、4-Cyanophenolのシアノ基によるピークが増加して、Si表面により多く吸着した。また、4-Cyanophenolのみのスペクトルと比較すると、時間が経ってもシアノ基のピークは減少しなかった。これはエーロゾルOT分子の吸着によるSiの表面酸化の抑制効果と、エーロゾルOTの吸着膜内に4-Cyanophenolの膜が形成され、疎水結合により4-Cyanophenolが膜内で安定化され時間が経過してもSi表面から脱着しないと考えられる。
逆に1×10-2 MのエーロゾルOT水溶液のみ流通した後、3 × 10-3 M 4-Cyanophenol を加えると、4-Cyanophenol由来のシアノ基のピークが観測された。このピーク強度は酸化膜SiO2表面でのシアノ基のピーク強度とほぼ等しく、4-Cyanophenol を120min流通させてもシアノ基のピークは非常に弱かった。従って、エーロゾルOTの吸着膜が形成されると、4-Cyanophenolは膜内部には入らないと考えられる。
さらに、エーロゾルOT吸着膜を形成した後、4-Cyanophenolを加えて、エーロゾルOT吸着膜のCHxピークの時間変化調べた。4-Cyanophenolを加えてもCHxのピークはピーク強度、ピーク比率ともに変化しなかった。これはエーロゾルOTの配向は4-Cyanophenolを加えた後も変化せずエーロゾルOTによる吸着膜は保持されることを示している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今回の結果から、長鎖分子の吸着膜内にほかの分子が入り込むと長鎖分子の配向性が悪くなるという報告があることを踏まえると、一度エーロゾルOTの吸着膜が形成されると、4-Cyanophenolが膜内部に入っていかないことが明らかになったと考えられる。
これを踏まえて、今度は原子レベルで平坦かつ水素終端したSi表面へ界面活性剤の吸着膜を形成させ、Siの表面酸化の抑制および吸着膜の配向を更に明らかにしていく。そこで、このSi基板を電極として、電位を制御した場合のSi表面および吸着膜の変化を調べる。
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| Causes of Carryover |
前年度までに購入した備品及び購入品によって、本年度は賄うことができたために、次年度使用額が生じた。次年度は、この分を含めて当初の計画通りに使用する予定である。
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