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論文

Fabrication of enzyme-degradable and size-controlled protein nanowires using single particle nano-fabrication technique

大道 正明*; 麻野 敦資*; 佃 諭志*; 高野 勝昌*; 杉本 雅樹; 佐伯 昭紀*; 酒巻 大輔*; 小野田 晃*; 林 高史*; 関 修平*

Nature Communications (Internet), 5, p.3718_1 - 3718_8, 2014/04

 被引用回数:31 パーセンタイル:15.79(Multidisciplinary Sciences)

高分子薄膜に入射するイオンの飛跡に沿って直径ナノオーダーの架橋体を形成し溶媒抽出する方法(SPNT)を、人由来血清アルブミン(HSA)やアビジン等のタンパクに適用した結果、タンパクナノワイヤーの形成が確認できた。得られたタンパクナノワイヤーに、リジン・アルギニン残基のペプチド結合を選択的に切断するトリプシンを用いた加水分解反応を適用したところ、反応時間の経過とともにナノワイヤーの断片化が進行し、反応開始20分で完全に消失した。また、HSAとアビジンの混合物から作製したハイブリッドのナノワイヤーでは、ペルオキシダーゼ活性等の生物学的な性質を示すとが確認できた。これらの結果は、SPNTで作製されたタンパクナノワイヤーはタンパク質の基本構造であるペプチド結合を保持していることを示唆している。このSPNTによる作製技術は、任意のタンパク質分子を大きな比表面積のナノワイヤーに成形し、その表面に機能性を付与する基礎技術として幅広い活用が期待できる。

論文

Visualization of a single cluster particle track in polystyrene films

麻野 敦資*; 高野 勝昌*; 千葉 敦也; 齋藤 勇一; 丸井 裕美*; 大道 正明*; 前吉 雄太*; 本庄 義人*; 佐伯 昭紀*; 山田 圭介; et al.

JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 163, 2013/01

In this study, a visualization of the tracks of fragments from a dissociated cluster ion in a target was tried using polystyrene derivatives with higher sensitivity for the ion beam irradiation. The results were compared with the case of ion beam consisting of single ion, considering the feature of cluster beam irradiation. The ion species were selected to be $$^{12}$$C$$_{4}$$$$^{+}$$ and $$^{48}$$Ti$$^{+}$$. As a result, the density of the structures at the $$^{48}$$Ti$$^{+}$$ beam irradiation was almost the same to the ion fluence. However, the density at the $$^{12}$$C$$_{4}$$$$^{+}$$ irradiation was much less than the ion fluence. It is supposed that many cluster particles are fragmentized during penetration in the polymer film. The radial dose distribution inside a particle tracks is decreased, and then the cross-linking reaction is induced insufficiently. In order to visualize the tracks of the fragmentation, optimization of the development or selection of materials with higher sensitivity should be needed.

論文

Fullerene nanowires as a versatile platform for organic electronics

前吉 雄太*; 佐伯 昭紀*; 諏訪 翔太郎*; 大道 正明*; 丸井 裕美*; 麻野 敦資*; 佃 諭志*; 杉本 雅樹; 岸村 顕広*; 片岡 一則*; et al.

Scientific Reports (Internet), 2, p.600_1 - 600_6, 2012/08

 被引用回数:41 パーセンタイル:22.74(Multidisciplinary Sciences)

高分子薄膜に入射するイオンの飛跡に沿って生じる高濃度活性種により直径ナノオーダーの架橋体を形成し、これを溶媒抽出する方法を用いて、フラーレン(C$$_{60}$$)やその誘導体である[6,6]phenyl C$$_{61}$$ butyric acid methyl ester (PC$$_{61}$$BM)のナノワイヤーの作製を試みた。C$$_{60}$$及びPC$$_{61}$$BMを0.1$$sim$$4$$mu$$mの厚さに成膜し、$$^{129}$$Xe$$^{23+}$$ 450MeVあるいは$$^{192}$$Os$$^{30+}$$ 490MeVイオンを照射した結果、半径8$$sim$$11nmのナノワイヤーの作製に成功した。また、有機半導体の原料であるポリチオフェンに、長さ120$$mu$$mのPC$$_{61}$$BMナノワイヤーを数密度1$$times$$10$$^{9}$$cm$$^{-1}$$で混合して試作した有機薄膜太陽電池は、ナノワイヤーを混合しない場合に比べて約7%変換効率が増大することを見いだした。これは、ポリチオフェン中に、PC$$_{61}$$BM分子が個々に分散しているよりも、ナノワイヤーとして混合する方が電子の移動度が大きくなるためと考えられる。微細加工が困難なフラーレン誘導体から、イオンビームを用いた技術によりナノワイヤーが作製可能で有り、これを有機薄膜太陽電池へ応用することで、変換効率が向上できることを実証できた。

論文

Microprocessing of arched bridge structures with epoxy resin by proton beam writing

高野 勝昌*; 麻野 敦資*; 前吉 雄太*; 丸井 裕美*; 大道 正明*; 佐伯 昭紀*; 関 修平*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 神谷 富裕; et al.

Journal of Photopolymer Science and Technology, 25(1), p.43 - 46, 2012/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:91.41(Polymer Science)

The proton beam writing (PBW) with energy of several MeV ranges is a unique tool of three-dimensional microprocessing for a polymer material. Three-dimensional structures like a bridge structure can be fabricated by the double exposures of PBW with two deferent energies followed by the one-time development using etching solution. In this study, the fabrication of an arched bridge was attempted by means of the supercritical drying with liquid carbon dioxide to a SU-8 photoresist film, as the polymer material, coated on a substrate of epoxy sheet, after the PBW process. In the exposures, two patterns of bridge girders and piers were written with 0.5 and 3 MeV proton beams to the SU-8 photoresist films, respectively. After these writings, the photoresist films were developed with the solution of diacetone alcohol and rinsed with the solution of isopropyl alcohol. Then the supercritical drying with liquid carbon dioxide was used at 12 MPa, 40$$^{circ}$$C. As the results, the bridge structures with curved girders to the vertical direction were formed due to the swelling effect of the photoresist film on the drying. In the conference, the microprocessing method of the bridge structure and the swelling effect of the photoresist film will be represented in detail.

論文

Fabrication of concave and convex structure array consisted of epoxy long-nanowires by light and heavy ion beams lithography

高野 勝昌*; 杉本 雅樹; 麻野 敦資*; 前吉 雄太*; 丸井 裕美*; 大道 正明*; 佐伯 昭紀*; 関 修平*; 佐藤 隆博; 石井 保行; et al.

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 37(2), p.237 - 240, 2012/06

A three dimensional microfabrication technique for polymer films has been investigated on the basis of fabricating micrometer structures composed of the fine wire structures which were fabricated by the chemical reaction induced along ion tracks of heavy ions with the energy of hundred MeV. In this study, we propose a new hemispherical microfabrication technique of epoxy resin for the fabrication of optical lenses using two times irradiation technique combining proton beam writing and low fluence irradiation of heavy ion beam. At first, an epoxy resin films composed of an etching and a non-etching layers of epoxy resin were irradiated at a frame pattern using a 3 MeV focused proton beam. At second, the low fluence irradiation of 450 MeV $$^{129}$$Xe$$^{23+}$$ was performed by a raster line scanning with oblique angle of 45 degree. Finally, the non-irradiated area of the etching layer of the films were etched by the developer. The observation of the etched films showed that the dome-like structures arrayed with a grid were formed on the non-etching layer of the epoxy resin films. The more detailed observation showed that each dome was composed of the fine wire structures formed by cross-linking reactions induced along the $$^{129}$$Xe$$^{23+}$$ tracks. The domes are expected to function as optical condenser-lenses.

論文

Fabrication of poly(9,9'-dioctylfluorene)-based nano- and microstructures by proton beam writing

前吉 雄太*; 高野 勝昌*; 麻野 敦資*; 丸井 裕美*; 大道 正明*; 佐藤 隆博; 神谷 富裕; 石井 保行; 大久保 猛; 江夏 昌志; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 51(4R), p.045201_1 - 045201_4, 2012/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:94.58(Physics, Applied)

A relation between the fluence and the beam-induced chemical reaction in poly(9,9'-dioctylfluorene), PFO, films has been investigated to fabricate PFO-based nano-micro structures using Proton Beam Writing, PBW. In this investigation, we observed that the cross-linking reaction in PFO occurred without a cross-linking agent using PBW. Furthermore, not only the surface morphology but also structure and shape on PFO films were changed from nano-meter to micro-meter size by controlling the fluence of proton beam irradiation on the basis of the investigation. Consequently, the structure of the arabic numbers was successful fabricated as three-dimensional PFO structures with the aspect ratio of 12 at the fluence of 3.5 $$times$$ 10$$^6$$ ions/$$mu$$m$$^2$$ by PBW.

論文

Control of radial size of crosslinked polymer nanowire by ion beam and $$gamma$$ ray irradiation

佃 諭志*; 麻野 敦資*; 杉本 雅樹; 出崎 亮; 関 修平*; 田中 俊一郎*

Journal of Photopolymer Science and Technology, 23(2), p.231 - 234, 2010/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Polymer Science)

高分子薄膜に入射するイオンビームの飛跡に沿って生じる高濃度活性種により直径ナノオーダーの高分子架橋体を形成し、これを溶媒抽出してナノワイヤー化する単一粒子ナノ加工法では、その太さをイオンビームの線エネルギー付与(LET)により制御できる。このナノワイヤーを触媒材料へ応用するには、金属を内包させ直立構造に形成する必要があるが、現在イオン加速器で利用可能なLETの上限は約15,000ev/nmであり、直立構造を形成するために必要な太さのナノワイヤーが得られていない。そこで、ナノワイヤー径の制御範囲を拡張する方法として、イオン照射後に$$gamma$$線照射を行う新たな方法を開発した。ポリスチレン薄膜にXe 450MeVを照射した後、不活性ガス雰囲気で1Gy/sの$$gamma$$線を照射し、溶媒で未架橋部分を除去してナノワイヤーを作製したところ、$$gamma$$線の吸収線量に伴ってナノワイヤーの半径が増大し、170kGyで$$gamma$$線未照射試料に比べ約2倍に増大することが明らかになった。これは、架橋が不十分で溶媒で除去されていた外周部の分子鎖が、$$gamma$$線照射による架橋で溶媒除去の際に溶け残るようになったためである。今後この方法を、金属元素を内包したセラミックス前駆体高分子材料へ適用し、ナノワイヤー触媒材料の作製を試みる予定である。

口頭

イオン照射による金属内包セラミック・ナノファイバーの合成,2

杉本 雅樹; 吉村 公男; 出崎 亮; 吉川 正人; 麻野 敦資*; 関 修平*

no journal, , 

炭化ケイ素(SiC)セラミックスの前駆体であるポリカルボシラン(PCS)の薄膜にイオンビーム照射すると、個々のイオンの飛跡に添って架橋体が形成される。これを溶媒抽出して得られるPCSナノファイバーの表面に官能基を付与し、PtやPd等の金属を配位してから焼成することで、触媒能を有するSiCナノファイバーを作製する研究開発を行った。当初、PCS薄膜に照射したイオン(Xe, 450MeV)の飛跡に添って発生するラジカルのうち、架橋体の形成に寄与しない残存ラジカルの反応性を利用して官能基をPCSナノファイバーに付与しようとしたが、溶媒抽出の工程でPCSナノファイバーは膨潤し残存ラジカルは消滅していた。そこで、液状グラフトモノマーとして利用されているメタクリル酸グリシジル(GMA)を抽出溶媒として用いたところ、抽出と同時にPCSナノファイバー内の残存ラジカルを反応点としてGMAがグラフト重合することが明らかとなった。得られたグラフト化PCSナノファイバーのグラフト鎖を、PtあるいはPd配位官能基に変換した後、アルゴン中で焼成してSiCセラミックナノファイバーを作製した結果、焼成後であってもGMAの付与量と配位金属量に相関が認められた。今後、SiCナノファイバー中の金属の分散状況、その触媒能の有無を調べる予定である。

口頭

イオンビーム及び電子線複合照射によるSiCナノファイバーの径制御

杉本 雅樹; 吉村 公男; 出崎 亮; 吉川 正人; 麻野 敦資*; 関 修平*; 佃 諭志*; 田中 俊一郎*

no journal, , 

セラミックス前駆体高分子材料のポリカルボシラン(PCS)にイオンビームを照射すると、イオンの飛跡に沿って円筒状の架橋体が形成され、未架橋部分を溶媒で除去後に焼成することでSiCナノファイバーが作製可能である。このSiCナノファイバーの直径は、イオンビームの線エネルギー付与(LET)により制御できる。しかし、現在のイオン加速器で利用可能な最大LET(約15,000ev/nm)のイオンビームを用いても、得られるSiCナノファイバーの直径は20nm以下であり、溶媒洗浄の工程で基板上に倒れてしまうため、触媒材料へ応用する際に必要となる直立構造の形成には至っていない。そこで、SiCナノファイバーの直径を増大させる方法として、イオン照射に電子線照射を組合せた作製方法を開発した。PCS薄膜にオスミウム($$^{192}$$Os$$^{30+}$$)490MeVを照射した後、電子線を2.4MGy照射し、未架橋部分を溶媒で除去後に1273Kで焼成したところ、得られたSiCナノファイバーの直径は、電子線を照射しない場合に比べて約2倍の40nmまで増大することが明らかになった。これは、架橋が不十分で溶媒で除去されていた外周部のPCS分子鎖が、電子線照射による架橋で溶媒除去の際に溶け残るようになったためである。

口頭

Three dimensional microprocessing for polymer films by mev ion beam lithography

高野 勝昌*; 麻野 敦資*; 前吉 雄太*; 丸井 裕美*; 大道 正明*; 佐伯 昭紀*; 関 修平*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 神谷 富裕; et al.

no journal, , 

A three-dimensional micro-structure with upstanding nanowires was fabricated on the basis of the nano- and micro-processing technique developed as a new method of ion beam lithography employing a series of irradiations on epoxy films, (a) microbeam scanning with two different energies of a few MeV and (b) single heavy ion hits with several hundred MeV energy. Demonstration of fabricating a girder-bridge and pillars for support of upstanding nanowires was made as follows: the pattern of the girder-bridge and pillars was drawn using irradiation (a), the pattern on single-dots for nanowires was superimposed on the girder-bridge pattern using irradiation (b), and development of the irradiated sample by etching solution. The upstanding nanowires between the epoxy substrate and the girder bridge were successfully fabricated and observed using SEM.

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