2019 Fiscal Year Annual Research Report
刺激応答性分子探針による界面特性の単一分子スケール計測法の開発
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18H02003
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
西野 智昭 東京工業大学, 理学院, 准教授 (80372415)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
椎木 弘 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70335769)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 単分子 / 温度計測 / 走査型トンネル顕微鏡 / 分子探針 / ナノ科学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年，ナノ科学・テクノロジーへの興味の高まりとともに，自己組織化に基づくボトムアップ技術や微細加工技術の著しい進展によって，優れた機能を有するナノスケールの微小構造体が盛んに開発されている．これに伴い，微小構造体の化学的特性，物性の計測を可能とする，高い空間分解能を有する分析法が強く求められている．しかし，従来の分析手法ではそのような局所的な計測ができないため，新たな分析法の開発が喫緊の課題となっている．本研究では，単一分子スケール，すなわちサブnmオーダーのごく微小領域において，様々な界面の化学的特性，物性を計測できる革新的手法を開発することを目的とする．
当該年度では，これまで開発した熱応答性分子探針を用いて単一分子スケールにおける温度計測法を開発した．分子探針は，チオール基を導入したポリ（N－イソプロピルアクリルアミド）をAu探針に修飾することにより作製した．試料Au表面を種々の温度に変化させながら分子探針の伝導度を計測したところ，温度に依存して変化し，温度計測が可能であることを見出した．この伝導度変化は，探針分子として用いた熱応答性高分子の構造変化に起因することと結論づけた．
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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
上記の研究実績の概要にて記載の通り，当該年度は，単一分子スケールにおける，界面の化学的特性，物性の計測法として，温度計測法を開発した．前年度までに検討した熱応答性分子探針を利用し，実際に伝導度計測を行った結果，計画通り，温度に依存した伝導度変化が得られ，温度計測が可能であることを実証できた．また，pH計測法の予備検討を行った．酸・塩基反応により可逆的に開環，閉環構造を示す分子に対して単分子伝導度を計測した結果，反応前後で伝導度が大きく変化することを見出し，pH計測用の分子探針として利用可能であると期待される．以上により，現在までの進捗状況は，「おおむね順調に進展している」と判断する．
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| Strategy for Future Research Activity |
当該年度の成果に立脚し，単一分子スケールにおける，界面の化学的特性，物性に対する種々計測法を開発する．具体的には，pH，電場，磁場などを単一分子スケールで計測できる新規手法を開発する．本研究により，いずれの計測対象に対しても従来法の空間分解能を大きく向上する．具体的には，熱応答性分子探針と同様に，計測対象となるpHなどに応答し，相転移を示す高分子をSTM探針に修飾することによって，一連の刺激応答性分子探針を作製する．過去のバルク中における文献に基づき，pH応答性分子探針にはキトサン，電場応答性分子探針にはアクリルアミド－アクリル酸共重合体，および磁場応答性分子探針には磁性微粒子を分散させたカラギナンなどを用いて作製する．電気化学における高分子修飾電極の作製法を応用し，これらの高分子をSTM金属探針へと固定し，刺激応答性分子探針を作製する．上記の温度計測法と同様に，分子探針を試料に接触させた状態にてトンネル電流を計測し，pH，電場，および磁場変化をトンネル電流を指標として計測する．
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