2001 Fiscal Year Annual Research Report

赤外励起走査型AFM表面観測装置の試作と高分子超薄膜-水界面の特性解析への応用

Research Project

Project/Area Number	13555260
Research Institution	University of Toyama
Principal Investigator	北野博巳富山大学, 工学部, 教授 (40115829)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	長村俊彦株式会社ユニソク, 科学機器開発研究所, 所長(研究職) 井出誠富山大学, 工学部, 助手 (70334711)
Keywords	赤外励起 / 原子間力顕微鏡 / 固一液界面 / 水の構造 / 単分子膜 / 分子認識 / 振動スペクトル
Research Abstract	赤外励起走査型AFM表面観測装置を、励起用赤外光源、近接場励起用原子間力顕微鏡、およびロックインアンプを用いて試作した。表面に薄膜を形成させた半円筒型ZnSeプリズム上に薄層の水溶液をのせたものを溶液セルとした。セルの下方から全反射が生じる角度で波長可変赤外レーザー光を照射し、薄膜一液体の界面を励起して、検出部分に自己共振型カンチレバーを装着したAFMにより界面を観測した。試料とカンチレバーの先端(探針)がnmオーダの距離まで接近すると、試料表面の原子や分子と探針の間に働く原子間力により発振周波数が変化する。この周波数変化をロックインアンプにより復調し、電圧変化に変換してZ軸制御用ピエゾ素子の電圧を制御することにより、探針と試料の距離を一定に保つよう制御した。探針をXY方向に走査し、Z軸ピエゾ素子に加えられた電圧をコンピュータ処理をし、試料表面の形状を三次元画像として観測した。この際に、上述したように、試料セルに赤外レーザー光を周波数(f1)で変調して照射し、探針の共振周波数(f0)に対応する復調電圧に含まれるf1成分を、ロックインアンプにより同期増幅することにより、赤外レーザー波長で励起された分子の二次元分布画像を観測した。装置の性能評価のために、ZnSeプリズム上に糖脂質単分子膜を構築し、その界面における水や糖脂質分子の構造、糖結合タンパク質であるレクチンの結合過程の検討を試みた。膜の背部にあるプリズム内に照射した赤外レーザー光の全反射の際に、プリズムー薄膜界面で発生したエバネッセント波により、薄膜の極近傍の分子が励起される。O-H伸縮と同じ振動数を有する光を照射した際のカンチレバーの共振周波数変化から、水素結合による水のクラスター構造に関する知見を得る試みをした。同様にレクチンの結合過程については、ペプチド結合と同じ振動数の光を励起に用いた。今後、当該分光システムにより実験的に得られたスペクトルと、理論計算により得られる振動スペクトルとの相関を検討する予定である。

Research Products

(5 results)

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All Publications (5 results)

[Publications] Wakabayashi, M., Aizawa, S., Kitano, H.: "Pressure Study on the Metallation of Porphyrin-Carrying Copolymers."Macromol.Chem.Phys.. 202. 3136-3141 (2001)
[Publications] Kitano, H., Ichikawa, K., Fukuda, M., Mochizuki, A., Tanaka, M.: "The Structure of Water Sorbed to Polymethoxyethylacrylate Film As Examined by FT-IR Spectroscopy"J.Colloid Interface Sci.. 242. 133-140 (2001)
[Publications] Ichikawa, K., Mori, T., Kitano, H., Fukuda, M., Mochizuki, A., Tanaka, M: "Fourier Transform Infrared Study on the Sorption of Water to Various Polymer Thin Films"J. Polym. Sci. Part B : Polym. Phys.. 39. 2175-2182 (2001)
[Publications] Kitano, H., Saito, T., Kanayama, N.: "Substrate Monoiayers as Electrochemical Sensing Elements for Chymotrysin"J. Colloid Interface Sci.. (in press). (2002)
[Publications] 柘植秀樹, 荻野和子, 竹内茂彌, 北野博巳: "環境と化学・グリーンケミストリー入門"東京化学同人. 250 (2002)

2001 Fiscal Year Annual Research Report

赤外励起走査型AFM表面観測装置の試作と高分子超薄膜-水界面の特性解析への応用

Principal Investigator

北野 博巳 富山大学, 工学部, 教授 (40115829)

Research Products

[Publications] Wakabayashi, M., Aizawa, S., Kitano, H.: "Pressure Study on the Metallation of Porphyrin-Carrying Copolymers."Macromol.Chem.Phys.. 202. 3136-3141 (2001)

[Publications] Kitano, H., Ichikawa, K., Fukuda, M., Mochizuki, A., Tanaka, M.: "The Structure of Water Sorbed to Polymethoxyethylacrylate Film As Examined by FT-IR Spectroscopy"J.Colloid Interface Sci.. 242. 133-140 (2001)

[Publications] Ichikawa, K., Mori, T., Kitano, H., Fukuda, M., Mochizuki, A., Tanaka, M: "Fourier Transform Infrared Study on the Sorption of Water to Various Polymer Thin Films"J. Polym. Sci. Part B : Polym. Phys.. 39. 2175-2182 (2001)

[Publications] Kitano, H., Saito, T., Kanayama, N.: "Substrate Monoiayers as Electrochemical Sensing Elements for Chymotrysin"J. Colloid Interface Sci.. (in press). (2002)

[Publications] 柘植 秀樹, 荻野 和子, 竹内 茂彌, 北野 博巳: "環境と化学・グリーンケミストリー入門"東京化学同人. 250 (2002)

北野博巳富山大学, 工学部, 教授 (40115829)

[Publications] 柘植秀樹, 荻野和子, 竹内茂彌, 北野博巳: "環境と化学・グリーンケミストリー入門"東京化学同人. 250 (2002)