探針側方のナノ構造体を検知する非破壊AFMの開発と生体分子集合体計測への応用

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26600097
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 淺川 雅 金沢大学, バイオAFM先端研究センター, 助教 (90509605)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 原子間力顕微鏡 / ナノテクノロジー / プローブ顕微鏡

Outline of Annual Research Achievements

原子間力顕微鏡（Atomic force microscopy: AFM）は探針側面に働く水平方向の力を検出できないため、急峻な勾配を有するナノ構造を壊すことなく高分解能観察することが難しい。この問題を克服するために、カンチレバー型力センサの複数振動モードを同時に計測し、垂直方向・水平方向に生じる相互作用力を検出できる新規AFM手法を開発するのが本研究の目的である。これを実現するためには、複数のカンチレバー振動モードを励振し、その振動特性を同時検出する方法を確立する必要がある。本研究では、カンチレバー励振には液中でも定量的な原子分解能計測に応用できる光熱励振法、変位検出には一般的なAFMでも用いられる光てこ法を用いた。
まず市販のカンチレバーを３種類選定し、有限要素法（COMSOL社ソフトウェア使用）によって各振動モードの固有値解析を行った。現在、液中環境におけるカンチレバー共振特性解析に向けた検討を行っている。次に実際の市販カンチレバーを用いて光熱励振と変位検出の検討を行った。光熱励振用の半導体レーザーコントローラの外部変調入力からカンチレバーの複数の共振周波数と一致する正弦波信号を入力し、マイクロメータを用いてレーザー光スポットをカンチレバー付近でＸＹ方向に一定距離ずつ移動させながら、各振動モードの振幅を計測した。なお垂直方向とねじり曲げ方向の振幅は、光てこ法の４分割フォトダイオードで検出することが可能である。これらの結果、各振動モードを同時励振する際に振幅が最大になる最適なレーザー光照射位置を把握することができた。今後、この情報をもとに複数振動モードを用いて探針-試料間相互作用力検出を行い、どの振動モードを組み合わせることで研究目的である垂直方向・水平方向に生じる相互作用力の同時検出を達成できるか検討を進める。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度に実施を計画した水平方向の力ー距離依存性を計測する手法の確立には至っていないが、来年度に予定していたカンチレバーの複数振動モードの同時計測に使用するシステムの開発を先行して実施しており、研究課題全体としてはおおむね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

初年度に計画していた水平方向の力ー距離依存性を計測する手法を確立するための検討に直ちに取り掛かる。また同時に、本課題で確立するAFM手法の有用性を評価するために急峻勾配を有するナノ構造体試料の作製条件の検討を計画通り進める予定である。