Development of electrode interface for molecular recognition using ultrathin nanoporous films from polymer nanosheets

使用聚合物纳米片超薄纳米多孔膜开发用于分子识别的电极界面

• 批准号: 20J11818
• 负责人: 石崎 裕也
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J11818/
• 关键词: ナノ多孔質薄膜; 高分子ナノシート; イオン選択性; 分子認識; 表面修飾; 有機-無機ハイブリッド; Langmuir-Blodgett法; 電気化学

本研究課題は、両親媒性の有機-無機ハイブリッド高分子ナノシートを前駆体として形成される多孔質SiO2超薄膜のナノ構造(膜厚・膜密度・細孔サイズ)および表面化学特性の同時制御により、高感度・高選択性を有する分子認識電極界面の開発を目的としている。本年度は、前年度に作製したかご型シルセスキオキサン高分子ナノシートを前駆体として得られるナノ多孔質SiO2超薄膜の表面機能化およびその選択的イオン透過性の評価を試みた。表面機能化には、pH応答性のシランカップリング材として知られる3-アミノプロピルトリエトキシシラン(APTES)を用いた。その結果、溶液濃度を最適化することで、ナノ多孔質SiO2超薄膜表面をアミノ基で均一に修飾することに成功した。また、表面ゼータ電位測定の結果から、得らえた表面修飾ナノ多孔質SiO2(NP SiO2-NH2)超薄膜がpH応答性を有することが示された。さらに、得られたNP SiO2-NH2超薄膜を金電極表面上に製膜し、異なる電荷を有する酸化還元種(Fe(CN)63-/4-およびRu(NH3)62+/3+)を用いてイオン透過性の評価を行った。その結果、低pH条件下(NP SiO2-NH2超薄膜の等電点以下)においてアニオン選択的なイオン透過性を示すことが分かった。以上の結果から、かご型シルセスキオキサンを有する高分子ナノシートを前駆体とすることで、ナノ多孔質超薄膜の構築に成功し、さらにその表面機能化を行うことで、サイズおよび電荷選択的な電極界面を作製することに成功した。現在、タンパク質などの生体分子(酸化還元活性を有するフェリチンなど)についても検討を行っており、今後の電気化学ベースのセンサ材料や分離膜材料開発にむけた選択層としての利用などが期待される。

The purpose of this study is to simultaneously control the structure (film thickness, film density, pore size) and surface chemical properties of porous SiO2 ultra-thin films formed by the formation of organic-inorganic polymer precursors, and to develop molecular recognition electrode interfaces with high sensitivity and selectivity. This year, compared with the previous year, the preparation and evaluation of porous SiO2 ultra-thin films were carried out. Surface functionalization, pH responsiveness, and the use of APTES As a result, the solution concentration was optimized, and the porous SiO2 film surface was uniformly modified. The results of surface potential measurement show that porous SiO2(NP SiO2-NH2) ultra-thin films are pH responsive. In this paper, we obtain NP SiO2-NH2 ultra-thin film on the surface of gold electrode, and evaluate the permeability of Fe(CN)63-/4-Ru(NH3)62+/3+. The results show that the permeability of NPSiO2-NH2 ultra-thin films at low pH (below the isoelectric point) can be improved. The above results show that the polymer film is successfully constructed, and the electrode interface is successfully constructed. At present, the quality of biological molecules (acidizing reduction activity) in the process of chemical research, future electrochemistry of the substrate materials and separation membrane materials development, the use of selective layer is expected.

项目成果

フェロセン含有高分子交互積層膜を用いた系高変化スイッチング挙動の制御

使用含有二茂铁的交替层压聚合物薄膜控制系统的高度可变开关行为

• 发表时间: 2021
• 作者: 石﨑裕也;山本俊介;宮下徳治;三ツ石方也
• 通讯作者: 三ツ石方也

Bottom-up Fabrication of Nanoporous SiO2 Thin Films Using Air-Water Interfaces

利用空气-水界面自下而上制备纳米多孔 SiO2 薄膜

• 发表时间: 2021
• 作者: Bhupendra Sharma;Yafei Wang;Hiro Fujihara;Kazuyuki Shimizu;Yuantao Xu;Kyosuke Hirayama;Akihisa Takeuchi;Masayuki Uesugi;Hiroyuki Toda;新井雅貴;Yuya Ishizaki
• 通讯作者: Yuya Ishizaki

pH応答性ナノ多孔質SiO2超薄膜を用いた選択的イオン透過

使用 pH 响应型纳米多孔 SiO2 超薄膜进行选择性离子渗透

• 发表时间: 2021
• 作者: 石﨑裕也;山本俊介;宮下徳治;三ツ石方也
• 通讯作者: 三ツ石方也

Controlled Ion Permeability of Ultrathin Nanoporous SiO2 Films from Silsesquioxane-Containing Polymer Nanosheets

• DOI: 10.1021/acsanm.0c01048
• 发表时间: 2020-07
• 作者: Yuya Ishizaki;Shunsuke Yamamoto;T. Miyashita;M. Mitsuishi

ナノ多孔質SiO2超薄膜の表面修飾とイオン透過性の制御

纳米多孔SiO2超薄膜的表面修饰及离子透过性控制

• 发表时间: 2020
• 作者: 石﨑裕也;山本俊介;宮下徳治;三ツ石方也
• 通讯作者: 三ツ石方也