2020 Fiscal Year Research-status Report
Direct mass spectrometry of organic nanoparticles in air by an enhanced photodesorption/ionization method on nanostructures
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19K05557
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
松尾 保孝 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (90374652)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大須賀 潤一 大阪大学, 理学研究科, 特任研究員(常勤) (10817232)
古谷 浩志 大阪大学, 科学機器リノベーション・工作支援センター, 准教授 (40536512)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ソフトイオン化 / プラズモン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では微量な試料となる大気中ナノ粒子の有機物を直接的に質量分析を行うために必要となる、（１）ナノ粒子を直接捕集し、（２）有機物をフラグメント化させずにレーザー脱離イオン化（ソフトイオン化）する、高効率なイオン化分析チップの開発を行う。具体的には、シリコン三次元ピラー構造表面に十nmのポーラス構造と、貴金属ナノ粒子に生じる局在表面プラズモンの光アンテナ効果による電場増強を組み合わせた新規なソフトイオン化基板を開発し、大気中ナノ粒子における低分子有機物の高効率質量分析を行う。また、大気中ナノ粒子を捕集する多段インパクターに作製した分析チップを取り付けることで、ナノ粒子捕集から質量分析までをワンチップ上で行えるシステムを構築し、大気中ナノ粒子の迅速分析の実現を目指す。
今年度は、n型シリコン基板上に電子線描画リソグラフィーを用いて数百nm程度の円形パターンを作製し、スパッタ装置で金を成膜した。その後、金ナノ構造をエッチングマスクとして、ドライエッチング装置にて高さ 200nm程度の円柱形を作製した。また、最終的には準円錐構造を作製するために、ドライエッチングの出力、ガス流量の調整を行い、形状制御性について検討を行った。また、作製した円柱を持つ基板をフッ酸/エタノールの混合溶媒中にて電解を行い、ナノメートルサイズの円柱構造が残留するかどうかを含めて、ポーラス形状の作製が可能かどうかの検討を行った。その結果、短時間の処理であれば、三次元ナノポーラスをシリコン基板へ導入する事を確認できた。
また、本チップはマイクロメートルサイズの構造チップと同様にレーザー照射しても構造が破損しないことや多段式インパクターへ取り付け可能なサイズであることを確認した。
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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
微細構造作製に関しては順調に進行しており、質量分析をさらに進める段階にある。
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| Strategy for Future Research Activity |
作製された分析チップの構造制御と表面への金ナノ粒子の吸着制御を進める。一方、局在表面プラズモンに応答する波長532nmのパルスレーザー光を照射し、MALDI-TOF-MSを使って、MALDIのマトリックスであるCHCAやエアロゾル中に多く存在するジカルボン酸や脂肪酸などをサンプルとしてイオン化効率について 証を行う。
さらに、現状はシリコン酸化膜である表面に局在場プラズモンが完全に減衰しない厚さである2nm程度のアルミナあるいはチタニアを原子層堆積装置で被覆する。このデバイスを被覆した分析チップによりイオン化効率やナノ粒子の捕集効率などを検討する。また、HfNなど、プラズモンを有する材料をALDにて成膜する事により、共振器構造を導入したチップ作製を行うことでプラズモン増強効果の増幅を検討する。また、多段式インパクタへのチップ装着を行い、大気ナノ粒子の捕集テストを行う。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の感染拡大により 初の予定していた打ち合わせ（出張）が取りやめになった。および、緊急事態宣言により装置利用を行う研究活動に大きく制限が発生し、デバイス作製が困難な時期があった。なお、デバイス作製自体は 初利用予定の装置使用料よりも少ない金額で達成されており、計画自身についての遅れは生じていない。繰り越し額は研究を加速するための高精度な装置の利用料に充当する予定である。
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