Intelligent molecular machinery on high speed molecular display

高速分子显示上的智能分子机械

基本信息

批准号：
19H02100
负责人：
星野隆行
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Hirosaki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は，電子線の電気的な性質を用い，誘電体膜であるSiN薄膜の裏面から電子線を照射して，動的な電極パターンを呈示する技術（バーチャル電極ディスプレイ）を基盤としている．呈示されたバーチャル電極パターンにより，SiN薄膜上には静電力を起源とした力場を発生させることができる（フォースディスプレイ）．これにより，任意の位置にいる分子やナノ粒子を自在に制御することをが研究の目的である．本年度においては，以下の2点の成果が得られた．１）電気泳動堆積は，溶液中のナノ粒子のゼータ電位と外部電場の間に生じる泳動力を利用して，ナノ粒子を堆積・積層させるものである．本課題では，外部電場としてバーチャル電極により，局所的に堆積させ，電場を走査することで，二次元のパターンを形成することに成功した．堆積させるナノ粒子として，ポリスチレン球と酸化グラフェンを用い，ゼータ電位を正に調整することにより，電場パターンに堆積することを確認した．このとき，ナノ粒子の挙動は，ナノ粒子の断面積の違いによる流体抗力のはたらきに関係していることが示唆され，2次元材料である酸化グラフェンではより呈示位置中心に堆積されやすい傾向がみられた．２）バーチャル電極の界面近傍の効果は，デバイ遮蔽を積極的に利用することで，運動しているタンパク質分子モーターの一部分だけに作用を限定でき，ディスプレイ面上を滑走中のキネシンー微小管のうち，キネシン分子のみを止め，直上の微小管には影響を与えない界面近傍限定の分子制御が可能であることが分かった．これらの成果や，これまで取り組んできた人工脂質膜の流動性を制御しパターンを可逆的に描画・形成する研究成果に関して研究発表や論文化することができた．

这项研究基于一种技术（虚拟电极显示），该技术利用电子束的电特性，从作为介电膜的SiN薄膜的背面照射电子束，以呈现动态电极图案。使用所提出的虚拟电极图案，可以在 SiN 薄膜上产生源自静电力的力场（力显示）。这项研究的目的是自由控制位于任意位置的分子和纳米粒子。今年，我们取得了以下两个成果。 1）电泳沉积利用溶液中纳米颗粒的zeta电位与外部电场之间产生的电泳力来沉积和堆叠纳米颗粒。在这个项目中，我们通过使用虚拟电极作为外部电场进行局部沉积并扫描电场，成功地形成了二维图案。我们使用聚苯乙烯球和氧化石墨烯作为要沉积的纳米颗粒，通过正向调节 zeta 电位，我们确认它们以电场模式沉积。此时，有人认为纳米粒子的行为由于纳米粒子截面积的差异而与流体阻力的影响有关，而氧化石墨烯这种二维材料更容易沉积更容易在演示位置的中心完成。 2）通过主动利用德拜屏蔽，可以将虚拟电极界面附近的效应限制在仅运动中的蛋白质分子马达的一部分，并且可以限制虚拟电极界面附近的效应的影响研究发现，通过仅停止驱动蛋白分子而不影响紧邻界面上方的微管，可以仅控制界面附近的分子。我们能够就这些结果以及我们一直致力于通过控制人工脂质膜的流动性来可逆地绘制和形成图案的研究成果进行研究演示并撰写论文。