単一分子間における電子伝導の計測法の開発と展開

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23550103
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 分析化学
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 西野 智昭 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80372415)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• キーワード: 走査型トンネル顕微鏡 / 分子探針 / 相互作用 / 電子移動 / 分子エレクトロニクス / DNA / バイオセンサ

研究概要

本研究では，始めに，単一分子－単一分子間の電子移動を定量評価できる手法を開発した．これによって，単一の水素結合を介した電子移動を初めて定量し，共有結合を介した場合よりも抵抗が低く，有利な電子移動が生じることを見出した．その他，様々な化学的相互作用を介した単分子間における電子移動について系統的に検討し，新たな知見を多数明らかにした．また，応用研究として，上記計測法に基づくDNAのミスマッチ，メチル化など塩基変異の単分子検出法を提案した．

研究成果

• [雑誌論文] Electron transfer through coordination bond interaction between single molecules : conductance switching by metal ion (2014)
  • 著者名/発表者名: P. T. Bui, T. Nishino
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys 巻: 16 ページ: 5409-5494
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reversible switching of charge injection barriers at metal/organic-semiconductor contacts modified with structurally disordered molecular monolayers (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Nouchi, M. Shigeno, N. Yamada, T. Nishino, K. Tanigaki, M. Yamaguchi
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 104 ページ: 013308
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular Tips for Scanning Tunneling Microscopy : Intermolecular Electron Tunneling for Single-molecule Recognition and Electronics (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Nishino
  • 雑誌名: Anal. Sci 巻: 30 ページ: 81-88
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tracking the Growth of Tadpole-shaped Aggregates by Scanning Electron Microscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Kinoshita, H. Murakami, Y. Muranaka, Y. Yamamoto, T. Nishino, H. Shiigi, T. Nagaoka
  • 雑誌名: Anal. Sci 巻: 30 ページ: 319-322
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Measurement of Electron Transfer through a Hydrogen Bond between Single Molecules (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Nishino, N. Hayashi, P. T. Bui
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 巻: 135 ページ: 4592-4595
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative Exploration of Electron Transfer in a Single Noncovalent Supramolecular Assembly (2013)
  • 著者名/発表者名: P. T. Bui, T. Nishino, Y. Yamamoto, H. Shiigi
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 巻: 135 ページ: 5238-5241
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct electrical single-molecule detection of DNA through electron transfer induced by hybridization (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Nishino, P. T. Bui
  • 雑誌名: Chem. Commun 巻: 49 ページ: 3437-3439
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-Molecule Imaging of Gold-Binding Peptide Adsorbed on Au(111) (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kanata, T. Nishino, R. Makiura, S. Saiki, N. Hayashi
  • 雑誌名: Anal. Sci 巻: 29 ページ: 405-409
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Aqueous Environment on Monolayer of Tetrairon(III) Single Molecule Magnet (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Kanata, T. Nishino, H. Aoki
  • 雑誌名: J. Electrochem. Soc 巻: 159 ページ: H772-H776
  • 査読あり
• [雑誌論文] 分子探針を用いた走査型トンネル顕微鏡による単一分子分析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西野智昭
  • 雑誌名: 分析化学 巻: 61 ページ: 833-834
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective visualization of point defects in carbon nanotubes at the atomic scale by an electron-donating molecular tip (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Nishino, S. Kanata, Y. Umezawa
  • 雑誌名: Chem. Commun 巻: 47 ページ: 7467-7469
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation of tips coated with poly(dimethylsiloxane) for scanning tunneling microscopy in aqueous solutions (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Kuroda, T. Nishino
  • 雑誌名: Rev. Sci. Instrum 巻: 82 ページ: 063707
  • 査読あり
• [雑誌論文] Immobilization of Carbon Nanotubes on Au(111) via Self-Assembled Monolayers (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Nishino, S. Kanata, C. Hirata
  • 雑誌名: Chem. Lett 巻: 40 ページ: 1217-1219
  • 査読あり
• [学会発表] 過酸化ポリピロール膜を用いる細菌鋳型センサの作製 (2014)
  • 著者名/発表者名: 長岡勉, 椎木弘, 西野智昭, 床波志保
  • 学会等名: 第56回化学センサ研究発表会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2014-03-29
• [学会発表] 金ナノ粒子二次元配列によるセンシング (2014)
  • 著者名/発表者名: 高井善朗, 木下隆将, 山本陽二郎, 西野智昭, 椎木弘, 長岡勉
  • 学会等名: 日本化学会第94春季年会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2014-03-27
• [学会発表] 金ナノ粒子-ポリアニリンハイブリッドを用いた蛍光増強 (2014)
  • 著者名/発表者名: 木下隆将, 西野智昭, 椎木弘, 長岡勉
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 相模原
  • 年月日: 2014-03-18
• [学会発表] Quantification of Electron Transfer through a Single Supramolecule by Fullerene Molecular STM Tip (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Nishino, P. T. Bui, Y. Yamamoto, H. Shiigi
  • 学会等名: 12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures-21st International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
  • 発表場所: Tsukuba
  • 年月日: 2013-11-07
• [学会発表] 単分子遺伝子検査に向けたDNA単分子のコンダクタンス計測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 西野智昭, ブイタンフク
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 京田辺
  • 年月日: 2013-09-17
• [学会発表] マイクロビーズに形成した金ナノ粒子二次元配列の電気的特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 椎木弘, 藤田高大, 森下久司, 山本陽二郎, 西野智昭, 床波志保, 中尾秀信, 長岡勉
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 京田辺
  • 年月日: 2013-09-16
• [学会発表] 単分子遺伝子検査に向けたDNA単分子のコンダクタンス計測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 西野智昭, ブイタンフク
  • 学会等名: 日本分析化学第62年会
  • 発表場所: 東大阪
  • 年月日: 2013-09-10
• [学会発表] 金ナノ粒子を用いたバクテリア表面の化学構造解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 岡田知之, 福田真帆, 東野貴俊, L. Q. Dung, 床波志保, 西野智昭, 椎木弘, 長岡勉
  • 学会等名: 日本分析化学第62年会
  • 発表場所: 東大阪
  • 年月日: 2013-09-10
• [学会発表] Quantification of Electron Transfer through a Single Supramolecule by Fullerene Molecular STM Tip (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Nishino, P. T. Bui, Y. Yamamoto, H. Shiigi
  • 学会等名: Royal Society of Chemistry Tokyo International Conference
  • 発表場所: Makuhari
  • 年月日: 2013-09-05
• [学会発表] Surface Analysis of Bacteria Using Gold Nanoparticle (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Okada, K. Takada, M. Fukuda, T. Tono, L. Q. Dung, S. Tokonami, T. Nishino, H. Shiigi, T. Nagaoka
  • 学会等名: Asiananalysis XII
  • 発表場所: Fukuoka
  • 年月日: 2013-08-22
• [学会発表] Quantification of Electron Transfer between Single Molecules (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Nishino
  • 学会等名: German-Japanese International Workshop "Structure and Control of Interfaces"
  • 発表場所: Berlin, Germany
  • 年月日: 2013-06-09
• [学会発表] マイクロビーズに形成されたナノギャップ電極を用いる電気的特性評価法の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 椎木弘, 白井秀治, 藤田高大, 山本陽二郎, 床波志保, 西野智昭, 中尾秀信, 長岡勉
  • 学会等名: 第73回分析化学討論会
  • 発表場所: 函館
  • 年月日: 2013-05-18
• [学会発表] トンネル電流計測に基づく DNA 単一分子の検出・診断法 (2013)
  • 著者名/発表者名: 西野智昭
  • 学会等名: 大阪府立大学第82回テクノラボツアー
  • 発表場所: 堺
  • 年月日: 2013-01-28
• [学会発表] 分子探針STMによるDNA単一分子検出 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西野智昭, ブイタンフク, 西川拓志
  • 学会等名: 第32回表面科学学術講演会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2012-11-20
• [学会発表] トンネル電流計測に基づく DNA 単一分子の検出・診断法 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西野智昭
  • 学会等名: 大阪府立大学・大阪市立大学 新技術説明会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-10-18
• [学会発表] STM DNA探針による遺伝子単分子検出法の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西野智昭
  • 学会等名: 日本分析化学会第61年会
  • 発表場所: 金沢
  • 年月日: 2012-09-19
• [学会発表] 分子探針を用いた走査型トンネル顕微鏡による化学反応ダイナミクスの単一分子分析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西川拓志, 西野智昭
  • 学会等名: 日本分析化学会第61年会
  • 発表場所: 金沢
  • 年月日: 2012-09-19
• [学会発表] Quantitative measurement of electron transfer in a single donor-acceptor system (2012)
  • 著者名/発表者名: P. T. Bui, T. Nishino
  • 学会等名: 第73回秋季応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 松山
  • 年月日: 2012-09-14
• [学会発表] 分子探針STMによるDNA単一分子検出 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西野智昭, ブイタンフク, 西川拓志
  • 学会等名: 第73回秋季応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 松山
  • 年月日: 2012-09-11
• [学会発表] Quantification of Electron Transfer within a Single Donor-Acceptor Molecular Assembly (2012)
  • 著者名/発表者名: P. T. Bui, T. Nishino
  • 学会等名: 2012 OPU-KIST-ECUST Joint Symposium on Advanced Materials and their Applications (JSAMA2012)
  • 発表場所: Osaka
  • 年月日: 2012-09-10
• [学会発表] 単分子-単分子間電子移動の計測とセンサ応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西野智昭
  • 学会等名: 日本表面科学会平成23年度関西支部セミナー
  • 発表場所: 宇治
  • 年月日: 2012-03-07
• [学会発表] 単一分子間電子移動の計測と新規分子デバイスへの応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西野智昭
  • 学会等名: 国際高等研究所 「単分子エレクトロニクスの現状認識と近未来実現へ向けての中核体制構築」2011年度第3回研究会
  • 発表場所: 木津川
  • 年月日: 2012-02-17
• [学会発表] Effect of Chemical Environment on Monolayer of Single Molecule Magnets (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Kanata, T. Nishino
  • 学会等名: International Symposium on Surface Science (ISSS-6)
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2011-12-14
• [学会発表] Quantification of Electron Transfer between Single Molecules through Non-covalent Interactions (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Nishino
  • 学会等名: International Symposium on Surface Science (ISSS-6)
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2011-12-13
• [学会発表] 走査型トンネル顕微鏡を用いた無機物認識ペプチドの単分子観察 (2011)
  • 著者名/発表者名: 金田怜士, 西野智昭
  • 学会等名: 日本分析化学会第60年会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2011-09-14
• [学会発表] 分子探針を用いた走査型トンネル顕微鏡による単分子分析法の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西野智昭
  • 学会等名: 日本分析化学会第60年会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2011-09-14
• [学会発表] 自己組織化単分子膜によるカーボンナノチューブの吸着制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平田千世, 西野智昭
  • 学会等名: 日本分析化学会第60年会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2011-09-14
• [学会発表] 分子探針を用いたSTMによる2次元分子ネットワークの可視化分析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 黒田瑞, 西野智昭
  • 学会等名: 日本分析化学会第60年会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2011-09-14
• [学会発表] Facile Electron Transfer between Single Molecules Mediated by Coordination Bonds (2011)
  • 著者名/発表者名: P. T. Bui, T. Nishino
  • 学会等名: JAIMA Discussion on Analytical Science and Technology 2011
  • 発表場所: Chiba
  • 年月日: 2011-09-04
• [学会発表] 走査型トンネル顕微鏡を用いた無機物認識ペプチドの単分子観察 (2011)
  • 著者名/発表者名: 金田怜士, 西野智昭
  • 学会等名: 第72回秋季応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形
  • 年月日: 2011-09-01
• [学会発表] 配位結合を介した単一分子間電子移動 (2011)
  • 著者名/発表者名: ブイタンフク, 西野智昭
  • 学会等名: 第72回秋季応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形
  • 年月日: 2011-09-01
• [学会発表] 水素結合を介した単一分子間の電子移動の計測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西野智昭
  • 学会等名: 第72回秋季応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形
  • 年月日: 2011-09-01
• [学会発表] 自己組織化単分子膜によるカーボンナノチューブの吸着制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平田千世, 西野智昭
  • 学会等名: 第72回秋季応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形
  • 年月日: 2011-08-30
• [学会発表] 分子探針を用いたSTMによる2次元分子ネットワークの可視化分析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 黒田瑞, 西野智昭
  • 学会等名: 第72回秋季応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形
  • 年月日: 2011-08-30
• [学会発表] Quantification of electron transport between interacting single molecules (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Nishino
  • 学会等名: IUPAC International Congress on Analytical Sciences 2011
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2011-05-24
• [図書] Scanning Probe Microscopy and Spectroscopy, Characterization of Solid Materials and Heterogeneous Catalysts : From Structure to Surface Reactivity (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Nishino
  • 総ページ数: 703-746
  • 出版者: Wiley
• [産業財産権] トンネル電流測定に基づく遺伝子解析方法 (2012)
  • 発明者名: 西野智昭
  • 権利者名: 西野智昭
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2012-25383 号
  • 出願年月日: 2012-02-08