2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of non-destructive elemental-analysis technique for biological samples
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18H03471
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
阿保 智 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (60379310)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
若家 冨士男 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (60240454)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 元素分析 / 非破壊計測 / イオンビーム分析 / 生体試料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、イオン散乱計測法（ラザフォード後方散乱法と弾性反跳粒子検出法）を基本原理に用いた生体試料の非破壊三次元可視化技術の開発を目的にしている。
2020年度は、2019年度までに設計・作製・組込を行った5軸ゴニオステージのマイクロメートル以下での動作再現性と安定性について、走査型イオン顕微鏡法を用いて評価し、サブミクロンでの動作再現性と安定性を有していることを示した。
本研究で使用する装置には、2つの二次電子検出器、6つのマイクロチャンネルプレートが飛行時間計測のための検出器として搭載されている。それらのうちの、1つの二次電子検出器と1つのマイクロチャンネルプレートを用いて、飛行時間型ラザフォード後方散乱法計測を行った。標準試料として薄膜金堆積試料を用いて、計測系およびマイクロチャンネルプレートの入射角制御について評価し、本研究達成に必要な性能を有していることを示した。翌年度以降に動作させる検出器を順次増やし、それぞれの検出器が及ぼす影響について評価する。
試料への電圧印加を行っていない状態では、イオン入射毎に発生する個々の二次電子の軌道に拡がりが生じているため飛行時間計測のスタートトリガのタイミングが幅を持ってしまい、時間分解能が悪化する。ラザフォード後方散乱法計測のみの場合に試料へ正の電圧を印加することで、二次電子の軌道制御を行い時間分解能の改善が可能であることを示した。弾性反跳粒子検出法の同時計測の場合の二次電子軌道の制御方法については翌年度以降に検証を行う。
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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
2020年度は、走査型イオン顕微鏡法を用いてこれまでに作製した5軸ゴニオメータの安定性を評価し、マイクロメートル以下での動作再現性を確認した。
飛行時間型ラザフォード後方散乱法計測のみを行い、試料電圧により二次電子の軌道制御が可能で、時間分解能が向上することを明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
ラザフォード後方散乱法(RBS)で感度の高い重元素と弾性反跳粒子検出法(ERD)で感度の高い軽元素を共に含むイオン液体を標準試料として用いる。イオン液体の超高真空中での飛行時間型(TOF)-RBSとTOF-ERD同時計測で問題点を明らかにし、解決する。本研究では、飛行時間計測のスタートシグナルにイオンが試料に入射した際に生じる二次電子を用いており、イオンの入射位置から二次電子検出器までの二次電子飛行経路の拡がりが時間分解能に大きく影響を与える。TOF-RBSの場合には、試料に数十ボルトの正電圧を印加することで、二次電子の飛行経路を制御し時間分解能が向上することが分かっている。TOF-RBSとTOF-ERDの同時計測の場合でも同様の手法で時間分解能の改善が期待できる。しかし、TOF-RBSでは試料に対して垂直にプローブビームを入射していたことに対して、TOF-RBSとTOF-ERDの同時計測の場合には、試料を傾斜させるため真空チャンバー内部の電界分布がTOF-RBS単体計測の場合と大きく異なる可能性がある。真空チャンバー内の電界分布シミュレーションと実測を組み合わせて、TOF-RBSとTOF-ERDの同時計測の場合の試料電圧と時間分解能の関係を明らかにする。また、試料毎に異なる印加電圧が必要な場合には、最適な印加電圧の導出方法を明らかにする。
また、超高真空へ導入可能な生体試料用試料ホルダの作製と動作検証を行う。試料ホルダの形状によるTOF-RBSとTOF-ERD同時計測時の時間分解能および収量に与える影響や超高真空と生体試料を隔てるグラフェン薄膜の寿命と真空度への影響を評価する。また、グラフェン膜破壊時に集束イオンビーム装置に与える影響についても評価する。
これらにより集束イオンビーム装置によるTOF-RBSとTOF-ERD同時計測での生体試料元素分布非破壊計測を実証する。
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