in situ TEM及び超先鋭プローブを用いた分子ナノメカニカル運動機構の解明

本研究の最終目的は, 超先鋭プローブによる外部刺激に対する分子の応答性をin situ 透過電子顕微鏡(TEM)観察を通して系統的に理解することである．カーボンナノチューブ(CNT)内の分子の動きがCNTの機械的振動に起因している過去実験の事実に基づき, CNTに直接超先鋭プローブで刺激を与えれば, その中の分子も対応して運動するのではないかと推測した．本研究を遂行するにあたり,まず, in situ TEMホルダーの開発に取り組んだ. 最小直径10 nmのタングステンプローブに対して, 円筒5極ピエゾを用いることで, nmレベルで微動操作可能なin situ TEMホルダーの開発に成功した. 次に, 完成したin situ TEMホルダーの有用性を検討するため, CNT試料の3次元観察を行った. プローブの先端にファイバーを電子線照射により接着して操作することであらゆる角度からTEM観察が可能になり, ファイバーを切断することなく, 生のファイバーの情報が得られた. 3次元的なナノレベルの操作・観察ができるということは, ホルダーを傾斜することなく, トモグラフィーが可能という証明であり, 応用すればCNTに修飾した分子を3次元的に観察することも可能になる点で非常に意義深い. さらに, プローブで引張力の印加をすることで, CNT間の滑りであったり, 破断したりする瞬間を高分解能でTEM観察できた. 一方で分子内包CNTに対し, 直接振動を与えるためにはCNT自体が真空に飛び出している必要がある. そこでプローブに直接分散液を滴下し, 絡みついたCNTを基板にこすりつけることで, CNTをほぐす手法を新たに生み出した. これにより, CNT1本をナノレベルで観察しつつ, プローブで直接振動(数Hz, 数nmレベル)を加え分子運動を誘起するシステムの構築に成功した.

本研究の最終目的は, 超先鋭プローブによる外部刺激に対する分子の応答性をin situ 透過電子顕微鏡(TEM)観察を通して系統的に理解することである．カーボンナノチューブ(CNT)内の分子の動きがCNTの機械的振動に起因している過去実験の事実に基づき, CNTに直接超先鋭プローブで刺激を与えれば, その中の分子も対応して運動するのではないかと推測した．本研究を遂行するにあたり,まず, in situ TEMホルダーの開発に取り組んだ. 最小直径10 nmのタングステンプローブに対して, 円筒5極ピエゾを用いることで, nmレベルで微動操作可能なin situ TEMホルダーの開発に成功した. 次に, 完成したin situ TEMホルダーの有用性を検討するため, CNT試料の3次元観察を行った. プローブの先端にファイバーを電子線照射により接着して操作することであらゆる角度からTEM観察が可能になり, ファイバーを切断することなく, 生のファイバーの情報が得られた. 3次元的なナノレベルの操作・観察ができるということは, ホルダーを傾斜することなく, トモグラフィーが可能という証明であり, 応用すればCNTに修飾した分子を3次元的に観察することも可能になる点で非常に意義深い. さらに, プローブで引張力の印加をすることで, CNT間の滑りであったり, 破断したりする瞬間を高分解能でTEM観察できた. 一方で分子内包CNTに対し, 直接振動を与えるためにはCNT自体が真空に飛び出している必要がある. そこでプローブに直接分散液を滴下し, 絡みついたCNTを基板にこすりつけることで, CNTをほぐす手法を新たに生み出した. これにより, CNT1本をナノレベルで観察しつつ, プローブで直接振動(数Hz, 数nmレベル)を加え分子運動を誘起するシステムの構築に成功した.