[論文レビュー] Layer-by-Layer assembling and characterizations of dye-polyions onto solid substrate by Electrostatic adsorption process

Md. Nazrul Islam, Pabitra Kumar Paul+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 20, 2011

Advanced Biosensing Techniques and Applications被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、ポリカチオンであるポリ(アリルアミンハイドロクロリド) (PAH) とアゾベンゼン系染料のシカゴ・スカイブルー6B (CSB) の間の静電吸着を用いて、安定したナノ構造を有する積層膜（LbL膜）の作製に成功した。UV-VisおよびFTIR分光法によりCSBの含有および凝集体の形成が確認され、SEMではナノ結晶構造が観察された。1回のバイレイヤーあたり約15分でプロセスが完了し、制御可能な薄膜積層が可能となり、光エレクトロニクス応用への応用が期待される。

ABSTRACT

Self assembled films of organic azobenzene dye chicago sky blue 6B (CSB) have been fabricated onto solid substarte by electrostatic alternate adsorption of polycation ploy(allyl amine hydrochloride) (PAH) and CSB. UV-Vis absorption spectroscopic studies reveal the successful incorporation of CSB molecules into LbL films and consequent formation of aggregates. This view is supported by FTIR spectroscopic studies. Scanning electron microscope picture confirms the formation of nano crystalline aggregates in the LbL films. About 15 minute is required to complete the electrostatic interaction between PAH and CSB molecules in one bi-layer LbL film.

研究の動機と目的

• 固体基板上に機能性染料-ポリイオンマルチレイヤーを静電相互作用を用いて制御的に積層する手法の開発。
• PAHとアゾベンゼン系染料CSBからなる自己組織化膜の構造的および光学的性質の調査。
• 積層膜の形成のkineticsおよび安定性の特徴づけ。
• LbL膜内におけるCSB分子の凝集挙動の理解。

提案手法

• 基板をPAHおよびCSB溶液の間で交互に浸漬することで、静電吸着とバイレイヤー形成を促進。
• 膜内における染料の含有および凝集体形成の検出を目的としたUV-Vis吸光度分光法の適用。
• 組成膜内の化学的相互作用および官能基の変化を確認するためのFTIR分光法。
• 表面被膜形態の可視化およびナノ結晶性凝集体の同定のための走査型電子顕微鏡（SEM）。
• 吸着プロセスのkinetic解析により、1回のバイレイヤーあたり約15分で反応が完了することが推定された。
• 再現性を確保するため、浸漬時間および洗浄ステップを制御した標準的なLbLプロ rotocolの使用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PAHとCSBは、静電力によって固体基板上に効果的に交互に吸着され、安定なマルチレイヤーを形成できるか？
• RQ2 分光法による検出結果から、CSBの凝集体の程度および性質はいかほどか？
• RQ3 1つのバイレイヤーにおいてPAHとCSBの静電的相互作用が完全に進行するのに要する特徴的な時間は何か？
• RQ4 繰り返しのバイレイヤー積層に伴い、膜の表面被膜形態およびナノ構造はどのように変化するか？
• RQ5 CSB分子がLbL膜の構造に正常に組み込まれたことを裏付ける証拠は何か？

主な発見

• UV-Vis分光法により、CSB分子がLbL膜に正常に組み込まれていることが確認され、凝集体形成を示すスペクトル特徴が観察された。
• FTIR分光法により、PAHとCSBの間の化学的相互作用の証明が得られ、組立膜の安定性が裏付けられた。
• SEM画像により、マルチレイヤー構造内に明確なナノ結晶性凝集体が存在することが確認された。
• PAHとCSBの静電的相互作用は、1回のバイレイヤーあたり約15分で完全に進行することが判明した。
• LbL膜は、複数サイクルにわたり一貫性のある光学的および形態的特性を示す、整然としたマルチレイヤー構造を有していた。
• 分光法および顕微鏡法の組み合わせにより、安定的かつ機能性を有する染料-ポリイオン膜の形成が確認され、今後の光エレクトロニクス応用に適していることが示された。