ナノ界面化学分科

固液界面現象のナノ計測

これまでナノテクノロジ−と呼ばれる分野で培われてきた原子・分子レベルの計測技術を、生物学や化学のような固液界面現象の研究分野へと応用する動きが世界中で高まっています。

FM-AFMの動作原理

周波数変調原子間力顕微鏡(FM-AFM)は、鋭くとがった探針で表面の凹凸をなぞることにより、表面形状を観察できる技術です。この手法は、絶縁性表面上でも原子分解能で表面構造を観察できるという、他に類を見ない特長を持っています。FM-AFMによる原子分解能観察は長年にわたって超高真空中でのみ可能でしたが、最近液中でもこれが可能となり、生物・化学分野への応用が期待されています。

我々は、液中FM-AFMの装置や手法の開発を進め、それを用いた固液界面研究を行っています。たとえば、液中における生体分子のサブ分子スケール観察、固液界面の水和層や吸着水分子の3次元分布の可視化など、従来技術では不可能だったナノ計測を可能としてきました。最近では、結晶成長や触媒反応などの、固液界面における化学現象の研究にも取り組み始めています。

主な研究課題

《液中FM-AFMの高速化》
FM-AFMは原子スケールの分解能を持っている反面、動作速度が遅いという欠点があります。我々は、液中FM-AFMの動作速度を向上させ、より凹凸、揺動、不均一性の大きな試料の観察へとこの手法を適用可能とするための開発を進めています。

世界初の液中FM-AFMによる原子像（純水中のマイカ表面）

《液中FM-AFMの多機能化》
AFMでは、高分解能で表面構造を観察することが可能ですが、表面の電気的・化学的物性を計測することは、そのままではできません。そこで我々は、ＡＦＭに電位分布計測機能や化学種識別機能などを付加する開発を進めています。

《液中FM-AFMの生物分野への応用》
生体システムと生理溶液の界面においては、様々な生体分子が水分子・金属イオンなどと複雑に相互作用し、それが生体システムの構造や機能に深い影響を与えています。我々はFM-AFMによりそれを直接分子スケールで観察することで、これらの界面現象と生体機能との関係解明に取り組んでいます。

《液中FM-AFMの化学分野への応用》
結晶成長、電気化学反応、触媒反応などの、固液界面現象は、幅広い学術・産業分野で研究されています。我々は、液中FM-AFMによりこれらの界面現象を直接観察する技術を開発し、これらの学術・産業分野の発展へと貢献したいと考えています。

関連リンク：福間研究室（金沢大学理工研究域）のホームページ

（最終更新日；2018年04月05日）