電極界面での質量および粘弾性変化のリアルタイム高感度測定システムの確立

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04555194
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 小山 昇 東京農工大学, 工学部, 教授 (40134845)
• 研究分担者: 富士元 英二 北斗電工(株), 取締役技師長
• キーワード: 水晶振動子 / 電気化学 / マイクロバランス / 粘弾性変化

研究概要

昨年度までに確立した、電気化学測定を行いながらその場で水晶振動子の発振周波数をリアルタイムで計測できる装置を用い、酸化還元LB膜、フラーレン薄膜など各種の電気化学活性薄膜の酸化還元に伴う膜/溶液界面における物質移動について調べ、上記の装置の信頼性、実用性の裏付けをとった。こうして確立した研究成果の一部は、“電気化学的水晶振動子微小秤量装置(HQシリーズ)"として北斗電工(株)より市販した。また、電気化学測定を行いながらその場で水晶振動子のインピーダンスをリアルタイムで計測できる計測法を確立し、またその評価法も確立した。この方法を用いて、金属の電解析出過程や高分子の電解重合過程、あるいは酸化還元高分子薄膜など各種の電気化学活性薄膜の酸化還元過程について解析し、膜の粘弾性変化、膜表面の粗さや親媒性変化などの評価を行い、他の手法(原子間力顕微鏡など)を併用して装置の信頼性を確認した。また、従来の方法では困難であった有機ゲル薄膜やクレー薄膜などの体積相転移の検出・評価を、容易に行えることがわかった。また、一本鎖DNAを水晶振動子表面に固定化することによりDNAセンサーとして利用することが可能であり、同様に、振動子上に被覆した膜と溶液中の化学種との親和性に基づく化学センシングが可能であることなどを示した。さらに、電極分離型の水晶振動子について、その発振特性およびインピーダンス特性を様々な性質をもつ液体中で調べ、振動子の電気的等価回路に基づく評価方法を確立した。また、液体の物性とインピーダンス特性との相関を明らかにし、液体の物性の分析手段として利用できることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] 高田 主岳: "Impedance and Frequency characteristics of Electrode-Separated Piezoelectric Quartz Crystal in Liquids" Journal of Electroanalytical Chemistry. (印刷中). (1994)
• [文献書誌] 小山 昇: "Electrochemical Characterization of a Thermoresponsive N-Isopropylacrylamide-Vinylferrocene Copolymer Film by the Use of Quartz Crystal Oscillators" The Journal of Physical Chemistry. 97. 10504-10508 (1993)
• [文献書誌] 立間 徹: "Electrochemical Microgravimetry of C_<60> Films" The Journal of Physical Chemistry. 97. 12067-12072 (1993)
• [文献書誌] 池田 信: "Investigation of Electrochemical Behavior and Mass-Transfer Process of Ferrocene-Siloxane Polymer Film Using Quartz Crystal Electrode Method" Analytical Chemistry. 65. 1910-1915 (1993)
• [文献書誌] 山口 秀一郎: "Adsorption,Immobilization,and Hybridization of DNA Studied by the Use of Quartz Crystal Oscillators" Analytical Chemistry. 65. 1925-1927 (1993)
• [文献書誌] 小山 昇: "Piezoelectric Admi Hance-Based Sensing of Electrolyte Solutions by Montmorillonite clay Film-Coated Quartz Crystal Oscillators" Sensors and Actuators B. 13-14. 372-375 (1993)