WEKO3
アイテム
銀を用いる表面プラズモンセンシング基板へのポリマー薄膜成膜に関する研究
https://doi.org/10.15118/0002000279
https://doi.org/10.15118/0002000279e112604e-e4c6-4444-b6da-83fc42b0a7f8
| 名前 / ファイル | ライセンス | アクション |
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A534.pdf (96.6 MB)
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A534_summary.pdf (361 KB)
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| アイテムタイプ | 学位論文 / Thesis or Dissertation(1) | |||||||||
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| 公開日 | 2024-11-07 | |||||||||
| タイトル | ||||||||||
| タイトル | 銀を用いる表面プラズモンセンシング基板へのポリマー薄膜成膜に関する研究 | |||||||||
| 言語 | ja | |||||||||
| 言語 | ||||||||||
| 言語 | jpn | |||||||||
| 資源タイプ | ||||||||||
| 資源タイプ識別子 | http://purl.org/coar/resource_type/c_db06 | |||||||||
| 資源タイプ | doctoral thesis | |||||||||
| ID登録 | ||||||||||
| ID登録 | 10.15118/0002000279 | |||||||||
| ID登録タイプ | JaLC | |||||||||
| アクセス権 | ||||||||||
| アクセス権 | open access | |||||||||
| アクセス権URI | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 | |||||||||
| 著者 |
阿部, 晃成
× 阿部, 晃成
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| 抄録 | ||||||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||||||
| 内容記述 | 金属表面における自由電子の集団的な振動の量子は表面プラズモンと呼ばれ，表面近傍 の屈折率変化により，その振動の空間的な周波数（伝搬定数）が鋭敏な応答を示すことが知 られている．その屈折率感度は分子検出に適用できるほど高く，無修飾で測定が行うことが でき，蛍光染色などを必要としないため，特に，生体関連分子の検出に広く用いられている． 表面プラズモンを励起するための典型的な手法として，高屈折率ガラスに金属薄膜を成 膜した基板を用いて，ガラス側から p 偏光の光を全反射条件で入射させる方法が一般的に 知られている．基板表面に対する，入射光の波数ベクトルの射影成分を入射角によって変化 させると，特定の空間周波数で反射光強度が低下し，ディップの形を示す空間周波数スペク トルが得られる．このディップの位置の空間周波数が表面プラズモンの伝搬定数を示し，デ ィップの幅の狭さが測定感度の高さに影響する．金属に銀を用いるとディップが最も狭く なり，最高の測定感度が得られるが，一方で，硫化や酸化によって劣化が容易に生じる．そ の対策として，これまでに，シリカや金で保護膜を形成する手法が報告されているが，シリ カは特定の細胞の培養液で崩壊することも報告されており，金を用いる際にはディップの 広がりを避けることができない．そこで本研究では，新たな保護膜としてポリマーを用いる ことを考えた．その中でも，光学的な透明性と化学的安定性を考慮し，poly(methyl metha crylate) (PMMA) を用いることを提案した． PMMAの厚さについて，表面プラズモンが形成する電場はエバネッセント波であるから，測 定感度の維持を行うため，PMMAを膜厚 〜15 nm 程度で成膜することとした．薄膜を形成す る手法としてはスピンコート法が一般的であるが，銀表面で実行しようとすると，親水性の 低さが妨げとなる．そこで本研究では，銀表面の親水性を向上するための手段を検討し，大 気圧低温プラズマ処理が有効であることを発見した． そして，プラズマ処理された銀表面 にPMMAをスピンコートし，表面プラズモンの伝搬定数測定を行ったところ，PMMAを膜厚 〜 15 nm で成膜できることを実験で確認した．その膜厚均一性について，集束表面プラズモ ン顕微鏡法を用いて，15 μm × 15 μm （64 点 × 64 点）の領域で伝搬定数分布を測定 すると，標準偏差は 10-4 程度であることを確認した． |
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| 言語 | ja | |||||||||
| 抄録 | ||||||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||||||
| 内容記述 | A flat metal surface can support the excitation of collective electron oscillations known as surface plasmons. Surface plasmons exhibit a dependence on the refractive indices in the optical near field on the surface, which changes their propagation constant. Optical sensors using surface plasmons exhibit high refractometry sensitivity, making them ideal for detecting intermolecular interactions between bio-related molecules without the need for labeling with fluorescent dyes. A common method for exciting surface plasmons involves illuminating a metal film on a glass substrate with p-polarized light at an angle greater than the critical angle directed from the glass side. Surface plasmons are excited on the metal surface on the opposite side of the glass when the spatial frequency, which is the projected component of the wave vector of the incident light onto the metal surface, matches the propagation constant of the surface plasmons. The reflectance versus spatial frequency curve shows a dip at the point in which the spatial frequency coincides with the propagation constant. The narrowness of the dip enhances the measurement sensitivity of surface plasmon sensing. The narrowest dip was achieved using silver as the metal film. However, sulfidation or oxidation of the silver surface degrades the measurement sensitivity. To counteract this, a protective film is necessary. I have developed a deposition method for a polymer thin film to serve as a protective layer. Among various polymers, poly(methyl methacrylate) (PMMA) is particularly suitable as a protective film owing to its optical transparency and chemical stability. The thickness of the PMMA layer was set at approximately 15 nm to maintain measurement sensitivity for refractive index sensing using surface plasmons, which exhibit evanescent decay on the silver surface. When I attempted to apply spin coating, a common method for polymer deposition on silver surfaces, I encountered a problem: the low hydrophilicity of the silver surface repelled the coating solution. To address this, I developed a method for enhancing the hydrophilicity of silver surface using atmospheric low-temperature plasma treatment. After plasma treatment, a PMMA thin film was successfully deposited on the silver surface using spin coating. The thickness of PMMA was determined to be approximately 15 nm by measuring the propagation constants of the surface plasmons. The standard deviation of the propagation constants over an area of 15 × 15 μm was on the order of 10−4, indicating high microscopic uniformity. |
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| 言語 | en | |||||||||
| 学位授与機関 | ||||||||||
| 学位授与機関識別子Scheme | kakenhi | |||||||||
| 学位授与機関識別子 | 10103 | |||||||||
| 学位授与機関名 | 室蘭工業大学 | |||||||||
| 言語 | ja | |||||||||
| 学位授与機関名 | Muroran Institute of Technology | |||||||||
| 言語 | en | |||||||||
| 学位名 | ||||||||||
| 学位名 | 博士（工学） | |||||||||
| 言語 | ja | |||||||||
| 学位の種別 | ||||||||||
| 言語 | ja | |||||||||
| 値 | 課程博士 | |||||||||
| 学位授与番号 | ||||||||||
| 学位授与番号 | 甲第534号 | |||||||||
| 報告番号 | ||||||||||
| 言語 | ja | |||||||||
| 値 | 甲第534号 | |||||||||
| 学位記番号 | ||||||||||
| 言語 | ja | |||||||||
| 値 | 博甲第534号 | |||||||||
| 研究科・専攻 | ||||||||||
| 言語 | ja | |||||||||
| 値 | 工学専攻 | |||||||||
| 学位授与年月日 | ||||||||||
| 学位授与年月日 | 2024-09-24 | |||||||||
| 著者版フラグ | ||||||||||
| 出版タイプ | VoR | |||||||||
| 出版タイプResource | http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85 | |||||||||
| 開始ページ | ||||||||||
| 開始ページ | 1 | |||||||||
