光触媒材料表面における触媒反応過程のナノダイナミクス研究

光催化材料表面催化反应过程的纳米动力学研究

• 批准号: 22K18945
• 负责人: 山下 隼人
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18945/
• 关键词: 光触媒; 高速原子間力顕微鏡; AFM; 触媒反応; 酸化チタン; 抗菌; ナノ計測; ナノダイナミクス

本研究では光触媒材料をターゲットとして、ナノスケールの表面構造や分子動態を動画で撮影可能な高速原子間力顕微鏡を用いて、固体触媒材料表面で生じるナノレベルの反応過程をリアルタイムにその場観察することで光触媒材料の抗菌機能のナノダイナミクスを明らかにすることを目的としている。初年度である本年は光触媒反応のナノ計測を実施するための基礎となる高速AFM装置環境の構築や高速AFM計測に適した光触媒材料の作製と生体サンプルの調製条件の検討を行った。高速AFMで光触媒反応の観察を行うには計測中に紫外線を照射する必要があることから、既存の高速AFM装置の光てこ光学系とは別に紫外線を照射するための光路系を構築し、観察中に可能な限り像を乱さず、観察領域全体に当たるようにした。また基板表面の平坦性がAFMで高分解能に光触媒反応過程を観察する上で重要であることから、幾つかの種類の金属酸化物固体材料基板を高速AFM装置に設置可能な微小サイズに切断した後、表面の研磨及び洗浄、焼成を行い、AFMで表面形状の評価を行った。原子レベルでの平坦性を示すステップテラス構造が観察された酸化チタンおよび酸化アルミニウム基板において、生体試料である脂質を含む緩衝溶液を滴下し、それぞれの基板上で脂質膜が展開する様子を高速AFMで溶液中観察することが出来た。そこでこれらの脂質膜を観察中に紫外線を照射したところ、光触媒材料である酸化チタン表面では脂質膜が分解する様子が観察された。一方で光触媒材料ではない酸化アルミニウム表面では同様に紫外線を照射しても脂質膜が分解する様子は見られなかった。これらの結果から、酸化チタン表面で観察された脂質膜の分解は光触媒反応に由来する過程であると考えられる。

In this study, the surface structure and molecular dynamics of photocatalyst materials were studied. The effects of high speed atomic force microscopy on the surface of photocatalyst materials were studied. The reaction process of solid catalyst materials was studied. This year, the basic conditions for the measurement of photocatalyst reaction and the construction of high-speed AFM device environment were discussed. The optical system of existing high-speed AFM devices and the optical system of different ultraviolet irradiation are constructed to limit the image disturbance and inspect the whole field. The flatness of the substrate surface is important for AFM to detect the photocatalytic reaction process with high decomposition energy. The high speed AFM device can be used to evaluate the surface shape after cutting, grinding, washing and firing. The flatness of the atomic film is shown by the structure of the film. The structure of the film is observed by the acidification of the film. The buffer solution containing the lipid in the substrate and the biological sample is dropped. The lipid film is developed on the substrate. The high speed AFM is observed in the solution. The ultraviolet ray is used to detect the decomposition of the lipid film. A photo-catalytic material is irradiated with ultraviolet rays to decompose the lipid film. The result is that the decomposition of lipid film and the origin of photocatalytic reaction are observed.

项目成果

Reduction of noise induced by power supply lines using phase-locked loop

• DOI: 10.1063/5.0124433
• 发表时间: 2022-11-01
• 期刊: REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS
• 影响因子: 1.6
• 作者: Abe，M.;Yamashita，H.;Toki，H.
• 通讯作者: Toki，H.

温度可変型高速走査型トンネル顕微鏡の開発

变温高速扫描隧道显微镜的研制

• 发表时间: 2023
• 作者: 秋山 舜;山下 隼人;阿部 真之
• 通讯作者: 阿部 真之

High-speed AFM observation of the surface structure of Gram-positive bacterial cell and the lysis process by autolysin

高速AFM观察革兰氏阳性菌细胞表面结构及自溶素裂解过程

• 发表时间: 2022
• 作者: Hayato Yamashita;Yumu Ota;Kotaro Higashi;Masaya Yamaguchi;Shigetada Kawabata;Masayuki Abe
• 通讯作者: Masayuki Abe

Deciphering the role of the DNA-binding bZIP domain in the dimerization of a light-regulated transcription factor, Photozipper, by High-speed AFM

通过高速 AFM 破译 DNA 结合 bZIP 结构域在光调节转录因子 Photozipper 二聚化中的作用

• 发表时间: 2022
• 作者: Akihiro Tsuji;Hayato Yamashita;Osamu Hisatomi;Masayuki Abe
• 通讯作者: Masayuki Abe

Dimerization processes of a light-regulated transcription factor, Photozipper, observed by high-speed atomic force microscopy

通过高速原子力显微镜观察光调节转录因子 Photozipper 的二聚化过程

• 发表时间: 2022
• 作者: Akihiro Tsuji;Hayato Yamashita;Osamu Hisatomi;Masayuki Abe
• 通讯作者: Masayuki Abe