近接場走査型光学顕微鏡によるナノ電気泳動

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650867
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 堀江 一之 東京農工大学, 工学部, 教授 (10013690)
• 研究分担者: 高橋 賢 英国・クイーンズ大学, 数理学部, 助手 (60313003) ; 古川 英光 東京農工大学, 工学部, 助手 (50282827) ; 宮下 美晴 東京農工大学, 工学部, 助手 (00293259)
• キーワード: 近接場光学顕微鏡 / NSOM / 電気泳動 / ポリマー / ゲル / 微粒子 / ポリスチレン / 蛍光プローブ

研究概要

分離分析装置の集積化に対する興味が近年高まっている。本研究の目的は、ナノメートルオーダーの空間分解能を持つ近接場走査光学顕微鏡(NSOM)を用いてナノ空間電気泳動を実現することであり、チップの小型化の際には、どのような検出方法をとるかが本質的な問題となる。従来の分離分析素子においては、試料の検出や定量には光吸収や蛍光を利用する光学的な方法が用いられている。ところが素子の集積化が進むにつれて、光を用いた通常の検出方法では、空間分解能が波長によって制限されるという原理的な制約にぶつかる。近接場光学顕微鏡は、光の波長を超えた分解能を持つ顕微分光法として注目されており、NSOMをチップ上の電気泳動の検出装置に応用することは集積度を飛躍的に向上させる可能性をもっている。本研究では、まず、ナノ空間での電気泳動に応用できるNSOMの試作を行い、それを用いて、蛍光ラベル化したポリマー粒子や生体試料の分離分析およびナノスケールの空間分解能での物質移動分離の様子のモニターリングを行いつつある。
本年度は、研究代表者らが東京大学で開発してきた高分子観察用NSOMを改造し、クロマトグラフィーや電気泳動をしながら観察できるような以下の性能を持つNSOMユニットの試作を行い、以下のような実験結果を得ている。
NSOM下で、観察できる幅3mm、長さ25mm、深さ150μmの液体セルを作成し、このセルに燐酸緩衝液水溶液をみたし、直径500nmの色素をドープしたポリスチレンラテックスを浮かせて、電気泳動条件で位置を移動させてNSOMでラテックス粒子の蛍光イメージを観測した。粒径は、約2μmとなり、粒子が固液界面でゆるく束縛されてブラウン運動でゆらいでいることを示している。また、ポリスチレンゲルラテックスの表面上にポリNイソプロピルアクリルアミド鎖の網目をつくったコアシェル型の微粒子についても、このNSOM系で単一微粒子の蛍光イメージの観測に成功した。

研究成果

• [文献書誌] S.Takahashi, K.Samata, H.Muta, S.Machida, K.Horie: "Refractive Index Patterning Using a Near-field Scanning Optical Microscopy"Appl.Phys.Lett.. 78・1. 13-15 (2001)
• [文献書誌] S.Takahashi, H.Muta, S.Machida, K.Horie: "Modification of Surface Morphology and Refractive Index of a Polymer Film Using Near-field Scanning Optical Microscopy"Trans.Mater.Res.Soc.Jpn.. 26・3. 953-956 (2001)
• [文献書誌] S.Takahashi, S.Machida, K.Horie: "Photochemistry in Small Domains and Single Polymer Nanoparticles"Macromol.Symposia. 175. 299-308 (2001)
• [文献書誌] 高橋 賢, 堀江一之: "近接場走査型光学顕微鏡による高分子材料の微細加工と評価"機能材料. 21・9. 37-44 (2001)
• [文献書誌] M.Kobayashi, S.Machida, S.Takahashi, K.Horie, H.Yoshikawa, H.Masuhara: "Synthesis and Single Particle Spectroscopy of Novel Fluorescent Dendrimers with Highly Efficient Energy Harvesting"Chem.Lett.. 2002・3. 394-395 (2002)
• [文献書誌] K.Horie, S.Yamada, S.Machida, S.Takahashi, Y.Isono, H.Kawaguchi: "Dansyl Fluorescence and Local Structure of Dansyl-labeled Core-shell and Core-hair Type Microspheres in Solution"Macromol.Chem.Phys.. 204・1. 131-138 (2003)