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。

该研究主题旨在通过同时控制纳米结构（膜厚度，膜密度，孔径，孔径）和使用Amphiphilic有机有机无机杂种纳米片的多孔SIO2超薄膜形成的多孔SIO2超薄膜的纳米结构（膜厚度，膜密度，孔径）和表面化学性质，来开发高度敏感和高度选择性的分子识别电极界面。今年，我们试图使用篮子形的硅质硅烷二氧烷聚合物纳米片在上一年作为前体制备的纳米多孔SiO2超薄膜的表面，并评估其选择性离子渗透性。为了表面功能化，使用了3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES），称为pH响应式硅烷偶联材料。结果，通过优化溶液浓度，纳米多孔SiO2超薄膜的表面通过氨基组均匀地修饰。此外，表面Zeta电位测量结果表明，获得的超薄表面改性纳米多孔SiO2（NP SIO2-NH2）膜获得的pH响应性具有pH值。此外，在金电极的表面形成了获得的超薄NP SiO2-NH2膜，并使用氧化还原的物种（Fe（CN）63-/4-/4-和RU（NH3）62+/3+）评估离子渗透率。结果，发现阴离子选择性离子通透性在低pH条件下（低于超薄NP SIO2-NH2膜的等电点）。基于上述结果，通过使用包含篮形的硅质硅氧烷作为前体的聚合物纳米片，我们成功地构建了纳米多孔超薄膜，并通过进一步使表面官能化，我们成功地创建了一个尺寸选择性电极界面。当前，正在研究诸如蛋白质（例如具有氧化还原活性的铁蛋白）之类的生物分子，并且预计将用作基于电化学的传感器材料和分离膜材料的未来开发的选择性层。

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

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

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

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