旭硝子財団助成研究成果報告2022

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星野　隆行58Takayuki HOSHINO菅　哲朗59Tetsuo KANインターカレーター分子を制御因子としたdsDNA構造体の可逆的機能制御(2020採択)Reversible control of dsDNA functional structure using intercalator molecules(Project 2020)電流検出型表面プラズモン共鳴センサにおける高感度信号検出技術基盤の研究(2020採択)Research on highly sensitive electrical detection of surface plasmon resonance (Project 2020)52旭硝子財団　助成研究成果報告（2022）分子間にはたらく静電相互作用により分子構造や機能が制御されていることから，外部電場や溶液環境が変化することで，分子構造やその機能を変化させることができる．特定の分子を電場により制御するために，標的の分子に与える局所的な外部電場を投影する装置として，我々の研究チームでは集束電子線により励起するバーチャル電極ディスプレイを開発してきた，バーチャル電極ディスプレイは，誘電体面に電子を注入することにより，誘電体表面にあたかも微小電極が存在するように電場を形成することができ，そのパターンを高速に自在に動かすことができるシステムである．本研究課題では，このシステムを用い，dsDNA分子と塩基間に静電的に挿入されるインターカレーターからなる複合体分子を静電的に操作し，その機能構造を制御することを試みた．Since molecular structure and function are controlled by intramolecular and intermoluecular interactions con-taining electrostatic interactions, external electric field allow to change the molecular structure. In order to control targeted molecule by electric field, we has developed a virtual cathode display that is excited by fo-cused electron beams as a device to project a localized external electric field on the target molecule. The vir-tual cathode display allow to generate temporal electric field patter as if microelectrodes existed on the SiN dielectric surface, and the pattern can be freely moved with high speed frame rate. In this project, we attempt-ed to control the functional structure of complex molecules consisting of dsDNA molecules and an intercala-tor moleculres electrostatically inserted between the bases by electrostatic manipulation using this system.本研究は，熱電子放出電流起因のショットノイズ電流を低減するために，SPR波の伝搬を制御して集光を行い，集光点に小面積ショットキー障壁を構成して高感度にSPRを計測する方法をベースのアイディアとして，そのようなデバイス実現が可能であるかどうかを検証することを目標とした．まず，光学シミュレーションにより，可視～近赤外光の領域において，100µm程度の伝搬長を対象に構造構築を行えばよいことを確認した．さらに，回折格子計算により，効率よく光をSPRに変換する構造を抽出した．さらに，計算に基づいた設計寸法の回折格子構造を，フォトリソグラフィにより試作した．散乱光によって伝搬状況を可視化するセットアップを構築し，光照射時の散乱計測の実験を行った．現時点では，当初目標としていた伝搬状態の制御までの確認には至っていないが，さらに研究を進めることで，金属端面でのSPRの反射，集光などを実現し，電流検出型SPRセンサの感度向上を実現する予定である．This study is based on an idea of a method to measure SPR with high sensitivity by controlling the propaga-tion of the SPR wave to reduce the Schott noise caused by the thermal electron emission current. For this purpose, we aimed at constructing a small-area Schottky barrier at the focus point. The goal of this study was to verify the feasibility of this concept. First, optical simulations confirmed that the propagation length of the surface plasmon resonance is about 100 µm in the visible to the near-infrared light region at Au/air interface. Furthermore, the diffraction grating calculations extracted the structure that efficiently converts light into SPR. Moreover, we fabricated a prototype grating structure with the design dimensions based on the calcula-