AFMを用いた分子レオロジー測定装置の開発

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本課題の中で開発を行ったピエゾステージの位置を任意に制御することによって多様な測定モードでの高分子鎖のレオロジー測定が可能な原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、従来行われていたカンチレバーの基板へのアプローチとそれに続くセパレートという単純なサイクル以外の測定モードでのポリスチレン鎖の引っ張り試験を試みた。今回可能になった主要な測定モードの一つである一定変形量下での応力緩和の測定を行うためにカンチレバーと基板間の距離を一定に保つ試験を行ったところ基板の上下方向の動きを制御するピエゾステージの固定の問題で十分安定した結果が得られなかった。しかし矩形波や階段状の動きをピエゾステージに与える操作は任意に行うことが確認でき、ナノメートルの精度で測定が可能なことが分かった。装置の構築に関してさらに測定の精度を高くするためには上に述べたピエゾステージの固定方法と電気的なノイズを軽減する効果的なフィルターの設定が必要と考えられる。ピエゾステージの制御はコンピュータから与える電圧を通して行うが、グラフィックプログラミング言語であるLabVIEWでプログラムを作成した。測定に用いるポリスチレン試料は、分子量分布が狭く末端にチオール基を有した構造のものを外部の精密高分子合成の専門の会社より購入した。測定試料の調製に関しては、チオール基を有したポリスチレン鎖を一分子のみが基板上、探針上において孤立するように、十分に希薄な溶液を調製し反応時間を規制して金と結合させた。AFMでの観察の結果、一分子を確実に測定対象とすることができる試料の調製方法を確立した。調製した試料を用いてポリスチレン1本鎖の力学測定を行い鎖にかかる力と鎖の両端間距離の関係を示す興味深い関係を得ることができた。