2015 Fiscal Year Annual Research Report
電場を用いた誘導自己組織化による動的パターン形成制御法の開発
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15J09841
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
宮廻 裕樹 東京大学, 情報理工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 誘導自己組織化 / 制御工学 / 電子線リソグラフィ / 界面動電現象 / ナノバイオテクノロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，分子の相互作用に基づく自己組織化過程を高効率かつ多自由度にするための制御理論と電子線によるナノ電場制御法を開発し，自己組織化のダイナミクスを用いる生体材料製造や半導体プロセスのための新たな手法を与えることを目的としている．その目的の達成のために，本年度は主に下記の2つの研究について遂行した．
(1)電子線を用いたナノ電場印加システムにおける界面動電現象のダイナミクスの同定
厚さ100 nmの窒化ケイ素薄膜で真空と液体試料を隔て，電子線を間接的に照射することにより，局所的に電気浸透流が生じることを実験的に示した．さらに，電子線によって生じる電気浸透流を用いることでナノ粒子の濃度の2次元パターニングをすることに成功した．イオン遮蔽効果の高い電解質溶液に対して電子線を照射した場合においても，陽イオンの濃度を局所的に高めることができることを示した．また，電子線の照射領域において水や金イオンの陰極反応が起こることを示した．これらの成果により，電子線によるナノ電場印加システムによって，物質の濃度や化学反応を2次元的に制御できることを示した．さらに，それらのダイナミクスは数種の偏微分方程式を連成させることにより表現できることを示した．
(2) 水溶液中への電子線照射によって生じるナノ電場を用いた溶液中のソフトマターの誘導自己組織化の実現
電子線によるナノ電場印加システムを用いることで，窒化ケイ素薄膜上に成膜されたMPCポリマーの剥離制御やイオン液体中の金ナノ粒子の凝集制御を実現することができた．また，ポリエチレングリコール水溶液中に存在するランダムコイル状のDNA分子に対して電子線を照射することで，DNA分子の構造を伸長させることに成功した．電子線を高速走査することにより，DNAの空間構造の時空間制御が可能になると考えられる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は計画通り，電子線を用いたナノ電場印加システムにおける界面動電現象のダイナミクスを理論的，実験的に同定することができた．この同定結果を用いて，電子線を用いたソフトマターの自己組織化の制御則の開発ができると考えられる．また，電子線のナノ電場を用いることでDNAなどのソフトマターの自己組織化現象を誘導することができることを確認した．この結果により，本研究でターゲットとしている生体材料などの誘導自己組織化への有効性を示せたと考えられる．本年度は，誘導自己組織化の制御則の開発に必要な要素技術である電子線を用いたナノ電場印加システムの同定とソフトマターの誘導自己組織化への応用可能性を確認することができ，当初の計画をおおむね達成できたと考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度得られたシステム同定結果を用いて，ソフトマターの自己組織化と局所ナノ電場印加のダイナミクスを統合するための数理モデルを構築する．そして，数値シミュレーションなどを活用しつつ，誘導自己組織化のための電子線照射パターンの制御則を開発する．また，顕微鏡から取得した画像情報や照射電流値などの情報を用いた電子線照射パターンの実時間フィードバックシステムを開発する．制御系の開発とともに脂質二重膜やジブロックコポリマーなどの他の物質への応用可能性を検討する．
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Research Products
(9 results)
