光触媒材料表面における触媒反応過程のナノダイナミクス研究

光催化材料表面催化反应过程的纳米动力学研究

• 批准号: 22K18945
• 负责人: 山下 隼人
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18945/
• 关键词: 光触媒; 高速原子間力顕微鏡; AFM; 触媒反応; 酸化チタン; 抗菌; ナノ計測; ナノダイナミクス

本研究では光触媒材料をターゲットとして、ナノスケールの表面構造や分子動態を動画で撮影可能な高速原子間力顕微鏡を用いて、固体触媒材料表面で生じるナノレベルの反応過程をリアルタイムにその場観察することで光触媒材料の抗菌機能のナノダイナミクスを明らかにすることを目的としている。初年度である本年は光触媒反応のナノ計測を実施するための基礎となる高速AFM装置環境の構築や高速AFM計測に適した光触媒材料の作製と生体サンプルの調製条件の検討を行った。高速AFMで光触媒反応の観察を行うには計測中に紫外線を照射する必要があることから、既存の高速AFM装置の光てこ光学系とは別に紫外線を照射するための光路系を構築し、観察中に可能な限り像を乱さず、観察領域全体に当たるようにした。また基板表面の平坦性がAFMで高分解能に光触媒反応過程を観察する上で重要であることから、幾つかの種類の金属酸化物固体材料基板を高速AFM装置に設置可能な微小サイズに切断した後、表面の研磨及び洗浄、焼成を行い、AFMで表面形状の評価を行った。原子レベルでの平坦性を示すステップテラス構造が観察された酸化チタンおよび酸化アルミニウム基板において、生体試料である脂質を含む緩衝溶液を滴下し、それぞれの基板上で脂質膜が展開する様子を高速AFMで溶液中観察することが出来た。そこでこれらの脂質膜を観察中に紫外線を照射したところ、光触媒材料である酸化チタン表面では脂質膜が分解する様子が観察された。一方で光触媒材料ではない酸化アルミニウム表面では同様に紫外線を照射しても脂質膜が分解する様子は見られなかった。これらの結果から、酸化チタン表面で観察された脂質膜の分解は光触媒反応に由来する過程であると考えられる。

在这项研究中，我们以光催化材料为目标，利用能够捕捉纳米级表面结构和分子动力学视频的高速原子力显微镜，实时观察固体催化剂材料表面发生的纳米级反应过程。阐明光催化材料抗菌功能的纳米动力学。今年是第一年，我们构建了作为光催化反应纳米测量基础的高速AFM设备环境，创建了适合高速AFM测量的光催化材料，并研究了生物样品的制备条件。为了使用高速AFM观察光催化反应，需要在测量时照射紫外线，因此我们与现有高速AFM设备的光杆光学系统分开构建了用于照射紫外线的光路系统，并且使用它进行观察的目的是尽可能覆盖整个观察区域而不干扰图像。此外，由于基底表面的平整度对于使用 AFM 高分辨率观察光催化反应过程非常重要，因此我们将几种类型的金属氧化物固体材料基底切割成可以安装在高速 AFM 设备中的微米尺寸的碎片。然后，对表面进行研磨、清洗、烧成，使用AFM评价表面形状。在氧化钛和氧化铝基材上观察到在原子水平上表现出平坦性的台阶结构，将含有作为生物样品的脂质的缓冲溶液滴在氧化钛和氧化铝基材上，并且在每个基材上形成脂质膜。使用高速AFM观察基质可以在溶液中观察它。当在观察的同时用紫外线照射这些脂质膜时，观察到它们在氧化钛光催化剂材料的表面上分解。另一方面，在不是光催化材料的氧化铝的表面上，即使用紫外线照射也没有观察到脂质膜的分解。根据这些结果，认为在氧化钛表面观察到的脂质膜的分解是源自光催化反应的过程。

项目成果

温度可変型高速走査型トンネル顕微鏡の開発

变温高速扫描隧道显微镜的研制

• 发表时间: 2023
• 作者: 秋山 舜;山下 隼人;阿部 真之
• 通讯作者: 阿部 真之

Reduction of noise induced by power supply lines using phase-locked loop

• DOI: 10.1063/5.0124433
• 发表时间: 2022-11-01
• 期刊: REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS
• 影响因子: 1.6
• 作者: Abe，M.;Yamashita，H.;Toki，H.
• 通讯作者: Toki，H.

Dimerization processes of a light-regulated transcription factor, Photozipper, observed by high-speed atomic force microscopy

通过高速原子力显微镜观察光调节转录因子 Photozipper 的二聚化过程

• 发表时间: 2022
• 作者: Akihiro Tsuji;Hayato Yamashita;Osamu Hisatomi;Masayuki Abe
• 通讯作者: Masayuki Abe

High-speed AFM observation of the surface structure of Gram-positive bacterial cell and the lysis process by autolysin

高速AFM观察革兰氏阳性菌细胞表面结构及自溶素裂解过程

• 发表时间: 2022
• 作者: Hayato Yamashita;Yumu Ota;Kotaro Higashi;Masaya Yamaguchi;Shigetada Kawabata;Masayuki Abe
• 通讯作者: Masayuki Abe

Deciphering the role of the DNA-binding bZIP domain in the dimerization of a light-regulated transcription factor, Photozipper, by High-speed AFM

通过高速 AFM 破译 DNA 结合 bZIP 结构域在光调节转录因子 Photozipper 二聚化中的作用

• 发表时间: 2022
• 作者: Akihiro Tsuji;Hayato Yamashita;Osamu Hisatomi;Masayuki Abe
• 通讯作者: Masayuki Abe