2020 Fiscal Year Annual Research Report
Intelligent molecular machinery on high speed molecular display
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19H02100
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
星野 隆行 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (00516049)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川村 隆三 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (50534591)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 電子線 / 分子操作 / バーチャル電極 / 脂質膜 / 電気二重層 / ハイパス特性 / dsDNA |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，電子線の電気的な性質を用い，誘電体膜であるSiN薄膜の裏面から電子線を照射して，仮想的な電極パターン（バーチャル電極）を誘導する技術を基盤としている．このバーチャル電極を動的に走査することにより，SiN薄膜上にある分子機能を操作することが研究の目的である．
本年度においては，バーチャル電極を動的に走査するシステムを構築し，電子線を高速に走査することにより2次元のバーチャル電極パターンを描画し，さらにそのパターンを自在に平行移動・回転・変形できることを示した．この動的に制御できるバーチャル電極を用いて，蛍光標識したdsDNA分子に対して適用したところ，dose量が同じであっても走査速度に依存して応答が変わることが分かった．バーチャル電極が投影されつディスプレイ面であるSiN薄膜の誘電特性や，固液界面に生じる電気二重層がハイパスフィルターの周波数特性を有していおり，バーチャル電極に誘電的な周波数特性を付与しているものと考えられる．これらの結果は，バーチャル電極パターンをより高速な走査により投影することにより，より広い面積をより高い効果を維持して分子機能操作を実行できることを示唆している．走査型プローブによる分子操作においては，時分割で2次元の場を提示することは，エネルギー密度の低下を招くことから大面積のパターン呈示は困難であると考えられるが，本研究のバーチャル電極ではハイパス特性によりエネルギー密度の低下が相殺されることが期待できる．
また，これまで取り組んでいた人工脂質膜の形状をバーチャル電極により制御する研究が論文化ができ，Inside Back Cover に掲載される成果をあげられた．
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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
バーチャル電極を2次元に投影し，同時に平行移動・回転・変形動作を自在にできるシステムを構築できた．このシステムを用いた実験により，バーチャル電極パターンにはハイパス特性があることが分かり，広い面積を描画するうえで有利な性質があることが判明してきた．これまで投入するビーム電流をを上げて投影されるバーチャル電極パターンの電流密度を下げないようにすることがバーチャル電極ディスプレイの実現には必要と考えていたが，ハイパス特性があることでビーム電流に依存しない装置設計が可能であることが予想されので，分子機能の制御のためのディスプレイ装置としての性能をおおむねクリアした．
また，半径を時間変化させる同心円に投影したバーチャル電極パターンにより，ディスプレイ面に静電吸着している酸化グラフェンフレークを剥離し，移動させることが可能であること示すことができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
分子機械の機能をその場で自在に操作することのできる「分子・マシンインタフェース」を構築するため，高速の走査するバーチャル電極をオンデマンドに操作できるシステムを構築し，また標的分子の位置・機能に応じてバーチャル電極パターンを投影できるシステムの開発に取り組む．そのため，MHzオーダーの高速描画システムを用いて分子機能を操作し．分子像や応答データから投影バーチャル電極を随時更新するシステムを構築し研究を推進する．
また，バーチャル電極による分子機能操作の応用として，特定の分子を認識・増強して標的分子を認識する分子認識が可能であるかについて挑戦する．
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