Molecular-scale understanding of the structure and properties of interfacial chains by collaboration of multiple measurements and calculations

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17KK0112
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 淺川 雅 金沢大学, ナノマテリアル研究所, 准教授 (90509605)
• Project Period (FY): 2017 – 2020
• Keywords: 原子間力顕微鏡 / １分子蛍光分光

Outline of Annual Research Achievements

基課題では申請者が開発した3次元走査型原子間力顕微鏡(3D-AFM)をもとに、固液界面に存在するナノ分子鎖の立体構造・空間分布を１分子スケールで実空間計測できる新しい手法を確立することを目指している。これまでに親水・疎水性や構造自由度が異なるナノ分子鎖モデルを構築し、その実空間分布像の取得に成功している。しかし、AFM計測だけではその可視化メカニズムなど定量的な解釈を深めることは困難であり、ほかの単一分子計測や計算科学と連携する必要があった。
そこで本研究課題では、単一分子の蛍光分光・イメージングなど分光学や計算機シミュレーションを専門家と国際共同研究ネットワークを形成することで、多角的な計測・計算手法との連携により界面分子鎖の構造・物性と界面現象の分子スケール理解を大幅に進展させことを計画した。昨年度(Ｈ２９年度、２０１７年度)は、渡航期間の研究課題について計画・スケジュールを作成し、複数の手法で取得したデータを統合し、定量的な比較を行うプログラム作成にも着手した。本年度(Ｈ３０年度、２０１８年度)は、ＡＦＭ計測で取得した３次元データの前処理および可視化のための解析プログラムをLabVIEW（本研究課題の経費でライセンスを購入）で作成し、他の手法との統合解析の準備を整えた。さらに基板上に固定化するための基点構造に対して、長時間安定で強い発光を示す蛍光分子を架橋する条件（濃度、反応時間、温度など）を検討した。海外渡航後、蛍光分子を１分子蛍光顕微鏡で観察したところ、蛍光分子の凝集構造と思われる強い輝点が観察され、界面分子鎖の１分子スケールの配向・ダイナミクスの評価が困難であった。そこで蛍光分子を架橋する際の濃度を最適化することで、１分子スケールの蛍光観察が可能となった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

Ｈ３０年度（２０１９年度）は蛍光分子の架橋条件の検討と蛍光顕微鏡計測による評価で、固液界面に固定化した蛍光分子を１分子スケールで観察できる手順を確立できたため、おおむね順調に進展していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

まず１分子蛍光顕微鏡で分子配向やダイナミクスを計測することに注力する。そこで得られた情報とＡＦＭ計測で得られた３次元像を比較し、１分子スケールの可視化メカニズムの理解やＡＦＭと蛍光顕微鏡を統合した新規計測法に関する検討を進める。