生体分子の複合ナノ計測のための非開口型近接場光学/原子間力顕微鏡の開発

开发用于生物分子复杂纳米测量的无孔径近场光学/原子力显微镜

• 批准号: 05J08544
• 负责人: 児玉 高志
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05J08544/
• 关键词: 原子間力顕微鏡; 共焦点レーザー顕微鏡; 表面プラズモン; 光近接場顕微鏡; 表面増強ラマン; カーボンオニオン; finite-differential time-domain method; ナノフォトニクス

生体試料のナノレベルの形状像や力学特性、並びに光学特性を同時に検出するために、我々は原子間力顕微鏡(AFM)と非開口型光近接場顕微鏡(ANSOM)を組み合わせた測定装置の開発を行った。測定装置は倒立型共焦点レーザー顕微鏡(CLSM)の上部の空間にAFMを組み込むことで作成した。従来のANSOM技術では試料を広範囲に渡って測定することは困難であり、一般的にサイズの大きな生体試料の測定には不向きであった。そこでAFM探針の垂直方向の動作はAFMヘッドに組み込まれた圧電素子で制御し、水平方向の動作はCLSMの試料台に組み込んだ共通の圧電素子により制御することで、広範囲の試料の同時計測を可能にした。また我々が研究を行った限りでは、ANSOMプローブとしてこれまで用いられてきた金属探針では、局所光学シグナルを十分に増幅することができなかった。それは、探針先端の増強電場を本測定系では十分に増幅することができなかったためであると考えられた。そこで、我々は電磁場計算と実験の双方のアプローチから、金属微粒子を固定させた新しい金属探針の開発を行った。そして、本測定装置とその自作金属探針を用いて、気相中で基板上のカーボンオニオン分子のラマン画像と局所ラマンスペクトルを高感度で検出することに成功した。また、そのラマンスペクトルには位置依存性も存在することを確認した。しかしその探針は、優れたシグナル増幅率を示す一方、微粒子の半径よりも小さい試料の測定に適用することが困難なこと、光学ノイズが検出されることなどの短所があることがわかった。そこで新たに金属ナノロッドを用いた探針を開発し、それが小さい試料へ適用することが可能であることを実験により確認した。また本測定装置の水溶液中における正常な動作も確認しており、今後、生体計測へ応用することが可能であると考えられる。

Born body sample の ナ ノ レ ベ ル の や mechanical characteristics, shape and び に optical properties を also に 検 out す る た め に, I 々 は interatomic force 顕 micro mirror (AFM) と not open mouth light close to meet field 顕 micro mirror (ANSOM) を group み close わ せ た measurement device の open 発 を line っ た. The <s:1> inverted confocal レ ザ <s:1> 顕 顕 micromirror (CLSM) <s:1> upper <s:1> space にAFMを group み込む み込む とで とで of the measurement device is made into <s:1> た. 従 to の ANSOM technology で は sample を hiroo van 囲 に crossing っ て determination す る こ と は difficult で あ り, general に サ イ ズ の big き な living body to measure material の に は to き で あ っ た. の そ こ で AFM probe vertically の action は AFM ヘ ッ ド に group み 込 ま れ た 圧 electric element child で suppression し, horizontal の action は CLSM の try loading に group み 込 ん だ common の 圧 electric element child に よ り suppression す る こ と で, hiroo van 囲 の sample の and measuring を may に し た. ま た I 々 が を line っ た limit り で は, ANSOM プ ロ ー ブ と し て こ れ ま で with い ら れ て き た metal probe で は, bureau optical シ グ ナ ル を very に rights of す る こ と が で き な か っ た. そ れ は, probe apex を の raised strong electric field of this measurement is で は very に rights of す る こ と が で き な か っ た た め で あ る と exam え ら れ た. そ こ で, I 々 は electromagnetic field calculation と be 験 の both の ア プ ロ ー チ か ら, metal particles を fixed さ せ た new し い metal probe の 発 を line っ た. そ し て, this measurement device と そ の since for metal probe を い て, 気 phase で substrate の カ ー ボ ン オ ニ オ ン molecular の ラ マ ン portrait と bureau ラ マ ン ス ペ ク ト ル を Gao Gan degrees で 検 out す る こ と に successful し た. ま た, そ の ラ マ ン ス ペ ク ト ル に は position dependency も exist す る こ と を confirm し た. し か し そ の probe は, superior れ た シ グ ナ ル を shown す party rights of rate, particles の radius よ り も small さ い to measure material の に applicable す る こ と が difficult な こ と, optical ノ イ ズ が 検 out さ れ る こ と な ど の short term が あ る こ と が わ か っ た. New た そ こ で に metal ナ ノ ロ ッ ド を with い た probe を open 発 し, そ れ が small さ い sample へ applicable す る こ と が may で あ る こ と を be 験 に よ り confirm し た. ま た の this measurement device in aqueous solution, に お け る normal な action も confirmed し て お り, in the future, living body measuring へ 応 with す る こ と が may で あ る と exam え ら れ る.

项目成果

Nonmetallic conduction property of a DNA templated gold nanowire

DNA模板金纳米线的非金属导电特性

• 期刊: Proceedings of IPACK2007, IPACK2007-331422 (掲載決定)
• 作者: Takashi Kodama;Ankur Jain;Kenneth E. Goodson
• 通讯作者: Kenneth E. Goodson

Surface enhanced Raman scattering imaging of carbon onions with a silver nanoparticles immobilized tip

使用银纳米颗粒固定尖端对碳洋葱进行表面增强拉曼散射成像

• 发表时间: 2006
• 期刊: Applied Physics Letters 89
• 作者: Takashi Kodama;Hiroyuki Ohtai
• 通讯作者: Hiroyuki Ohtai

Direct detection of the solvent molecules between solid surfaces with simultaneous adhesion force measurement

直接检测固体表面之间的溶剂分子，同时测量粘附力

• 期刊: Journal of Physical Chemistry (掲載決定)
• 作者: Takashi Kodama;Hideo Arakawa;Atsushi Ikai;Hiroyuki Ohtani
• 通讯作者: Hiroyuki Ohtani

Development of new apertureless near-field scanning optical microscope tip using finite-differential time-domain calculation

• DOI: 10.1016/j.cplett.2006.10.001
• 发表时间: 2006-12
• 期刊: Chemical Physics Letters
• 影响因子: 2.8
• 作者: T. Kodama;H. Ohtani

ナノ領域の力学的摂動分光

纳米域中的机械扰动光谱

• 发表时间: 2007
• 期刊: 生物物理 47
• 作者: 児玉高志;荒川秀雄;猪飼篤;大谷弘之
• 通讯作者: 大谷弘之