助成番号
研 究 成 果 報 告 書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）
研究テーマ（和文） ＡＢ

動的リンクル空間における局在プラズモン伝搬網の構築と SERS 活性デバイスへの展開

研究テーマ（欧文） ＡＺ

Fabrication of Topological SERS Active Film Based on Dynamic Wrinkle Space

研
究氏
代表名
者

ｶﾀｶﾅ ＣＣ姓）エンドウ名）ヒロシ

研究期間 Ｂ

２０１１年１０月～２０１２年９月

漢字 ＣＢ

遠藤洋史

報告年度 ＹR

２０１２年

Hiroshi

研究機関名

東京理科大学

ﾛｰﾏ字 ＣＺ Endo研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名

東京理科大学工学部第一部工業化学科・嘱託助教

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)
近年のナノテクノロジー分野において微細凹凸構造とその作製法は重要な要素の一つとなっている。現在、微細構造は一般的にトップダウン型の成熟したリソグラフィー技術により作製されるが、コスト・エネルギー的な面で課題が残る。本研究では、生物が有する柔軟な皮膚や脳しわ構造に習い、新たな微細凹凸構造の作製法を考案した。この方法では伸張したエラストマー弾性体を表面処理し、その後伸張を解放することで弾性体表面に座屈現象に起因するしわ(リンクル)構造を構築させ微細凹凸構造を得る。この構造の表面機能化として表面増強ラマン散乱(SERS)活性基板へと展開し、４－メルカプトピリジン(4-MP)やローダミン色素(R6G)の検出を行った。また、凹凸構造を利用した超撥水フィルムの作製についても検討した。
エラストマーには汎用性の高いポリジメチルシロキサン(PDMS)を使用した。PDMS を装置に固定し、所定軸方向に伸長後、その状態を維持したまま最表面を酸素プラズマ処理もしくは金属蒸着を施し表面処理を行った。その後、徐々に伸長を解放していった。このプロセスは、各表面処理によって新たに形成された最表面の硬い層と、柔らかい弾性体層との弾性率の違いを利用した座屈現象に誘起される凹凸構造形成法である。SERS 活性評価は金属蒸着によって作製した各種しわ構造上に４－メルカプトピリジンの自己組織化単分子膜を作製しラマン測定を行い、同条件のフラット構造とのラマンスペクトル強度の比較によって評価した。
一軸方向伸張では周期的なストライプ構造、突き上げ伸張では複雑なランダム構造が形成された。これ
らの構造のスケールは伸張率やプラズマ処理時間、金属蒸着量によって制御可能である。銀蒸着によるしわ構造の表面に形成した4-MP SAMからのSERS強度(主に1090 cm-1付近のピリジン環由来のバンドで評価)はフラット構造と比較して大幅に増強した。特にランダム構造が優れたSERS活性を示し、その強度はフラット構造のおよそ37000倍という結果となった。これは金属ナノ構造由来の増強電場と吸着分子からのラマン散乱光がカップリングしたためである。より微細な凹凸構造を有するランダム構造においては局在表面プラズモン共鳴が起きたため、より吸着分子からのラマン散乱光の強度が増強されと考えられる。また、ランダム構造へフッ素コーティングを施すと超撥水かつ水滴付着性を有するフィルムの開発に成功した。

キーワード ＦＡ

リンクルSERS

プラズモン（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号- 1 -超撥水発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
論文標題ＧＢ

バイオミメティック微細リンクル加工技術を基盤とした超撥水フィルムの開発

著者名 ＧＡ遠藤洋史・前田泉・河合武司

雑誌名 ＧＣ

Polyfile (大成社)

ページ ＧＦ

１８～２３

発行年 ＧＥ

２

雑誌

０１

２

論文標題ＧＢ

Happy Wrinkle が創る明るい未来

著者名 ＧＡ遠藤洋史・河合武司

雑誌名 ＧＣ

月刊化学(化学同人)

ページ ＧＦ

１９～２３

発行年 ＧＥ

２

巻号 ＧＤ

４９巻号 ＧＤ

６７

雑誌

０１

２

論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ著者名 ＨＡ
図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ
著者名 ＨＡ

図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ

欧文概要 ＥＺ
1. Introduction: Additional mechanical factors in the outer layer of our cells play a large role in the formation and themorphogenetic process of our bodies and tissues. The concave-convex surface structure of wrinkles in the brain andthat of folds in the intestines are both determined by the mechanical balance between the surface andcytoskeleton. In our study, these morphogenetic processes will be mimicked and the surface buckling phenomenon will
be used to create a variety of minute wrinkle structures on the surface of silicon rubber. Moreover, we adopted wrinkle toprepare various application fields, such as colloidal array, SERS sensing film and neural stem cell culture.
2. Experimental: Geometrical wrinkle patterns are constructed via the new wrinkle formation method (3D-strechingmethod); major factors between this proposed method and the existing single-axis stretching method are investigated,such as the differences in efficacy and the elements of formation. This technique pushes the PDMS film from underneathand used plasma treatment (or metal deposition) to form the hard layer while in this position; as the film slowly returns to
its initial state, the desired structure forms easily.
3. Results and discussion: The exterior exhibits an interference color due to the formation of a concentric circularstructure; however, by varying the height to which the center is pushed up, various patterns can be produced ranging froma brain structure to a herringbone structure. We prepared topological colloidal array using wrinkle template,ubiquitous film with highly adhesive superhydrophobic surface and SERS activity using metal deposition, and wrinkle
culture substrate for neural stem cell growth.

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