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2023 Fiscal Year Annual Research Report

熱ゆらぎ高速AFMによる構造物性可視化技術の開発

Research Project

Project/Area Number 21K18883
Research InstitutionFukuoka University

Principal Investigator

山本 大輔  福岡大学, 理学部, 教授 (80377902)

Project Period (FY) 2021-07-09 – 2024-03-31
Keywords走査プローブ顕微鏡 / 原子間力顕微鏡 / カンチレバー / 構造物性
Outline of Annual Research Achievements

原子間力顕微鏡カンチレバーの熱揺らぎに含まれる物理量を利用してナノ構造物性を可視化する技術の開発を行った。カンチレバーの先端に取り付けられた探針がナノメートル以下の距離まで試料表面に接近すると、カンチレバーの熱揺らぎの大きさが減衰する。同時に速度揺らぎも減衰するとともにカンチレバーにたわみが生じる。これらのパラメーターより熱力学関係式を用いてエントロピーカーブを生成した。探針を試料に接近させるときに試料を含む系全体の熱力学パラメーターが変化する。本方法ではカンチレバーがもつ物理量が検出される。得られた実験データを詳細に解析した結果、試料表面の物性のみならず、探針と試料との間に生じる相互作用エネルギーがカンチレバーのエントロピーカーブに大きく影響を及ぼすことがわかった。この相互作用は探針先端の状態に大きく依存し制御困難であるため、現状では高い再現性をもってエントロピーを含む熱力学パラメーターの再構成を達成することができなかった。一方、カンチレバーの速度揺らぎを用いた試料の測定では、種々の試料について、原子間力顕微鏡で得られる速度揺らぎ画像のコントラストを向上させることができた。この点では、カンチレバーの熱パラメーターの一部を用いた構造物性の可視化を達成することができた。解析により、速度揺らぎ像にコントラストが生じる機構は複数の要因があると推察された。さらに、熱揺らぎカーブ測定により雲母基板上の水和水を検出可能であることがわかった。同時に得られる揺らぎの大きさと速度揺らぎのふたつのカーブは、水和構造に対して異なる挙動を示した。これらの結果よりカンチレバーの熱揺らぎ測定は局所的な構造物性の差異を評価する強力なツールになり得ることを示すことができた。

  • Research Products

    (5 results)

All 2023

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] Cardiolipin binding enhances KcsA channel gating via both its specific and dianion-monoanion interchangeable sites2023

    • Author(s)
      Iwamoto Masayuki、Morito Masayuki、Oiki Shigetoshi、Nishitani Yudai、Yamamoto Daisuke、Matsumori Nobuaki
    • Journal Title

      iScience

      Volume: 26 Pages: 108471~108471

    • DOI

      10.1016/j.isci.2023.108471

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] チラコイド膜における動的高次分子構造の高速AFMによる可視化2023

    • Author(s)
      山本大輔、西谷雄大
    • Organizer
      第61回日本生物物理学会年会
  • [Presentation] 高速原子間力顕微鏡を用いた植物光合成膜におけるタンパク質複合体の動態観察2023

    • Author(s)
      西谷雄大、山本大輔
    • Organizer
      第61回日本生物物理学会年会
  • [Presentation] チラコイド膜内ダイナミクスの高速原子間力顕微鏡による分子レベル撮像2023

    • Author(s)
      山本大輔
    • Organizer
      日本植物学会第87回大会
  • [Presentation] 高速原子間力顕微鏡を用いたホウレンソウチラコイド膜内タンパク質複合体の動態観察2023

    • Author(s)
      西谷雄大、山本大輔
    • Organizer
      第13回日本光合成学会年会

URL: 

Published: 2024-12-25  

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