マイクロ・ナノギャップにおける電解質溶液の電気的応答特性

摘要

近年，電気導電現象を利導した一ナノ粒子や一分子の検知識別技術の開発が盛んに行われている．マイクロ・ナノメートルスケールの空間ではバルクの液中とは異なり，極性溶媒中では流路壁面の帯電の影響が導電現象に強く影響することが知られている.特に，流路壁面近傍には液中の対イオンが集中して電気二重層を形成するため，特異なイオン電流や電気浸透流が生じると考えられている．一方で，これらの壁面効果を利導することにより，一粒子の動態制御や輸送効率の向上が検討されてきた.そのために，我々は，流路壁面近傍の特異なイオン濃度場と電場を解明するための研究を行ってきた.流動する一粒子を検知識別するために，流路中に設けたナノギャップ電極間を粒子が通過するときの電気信号からその個性を特定する必要がある.ナノ流路内部では，O(10~4)～O(10~6) V/mの電場が存在するため,帯電した一粒子の電気信号を捉えるには，イオン電流の過渡応答を詳細に調べる必要がある．ナノ空間における粒子の流動は，その排除体積効果のために，周囲溶媒中のイオン濃度にも強く影響を及ぼし，粒子を検出するときには電極周囲のイオン濃度場の変化も同時に捉えられる．しかしながら，そのようなイオン濃度場の応答に関し，現象の時空間スケールについて未解明の部分が多く，十分な理解が得られていない．そこで，本研究では，マイクロ・ナノメートルスケールの間隙を可変とする電極対を作製し，イオン電流の応答におよぼす濃度および印加電圧の影響について調べる．先行研究では，NaCl 水溶液に曝露されたナノギャップ電極間で，イオン濃度が高いほど，また，印加電圧が高いほどイオン電流の応答時間は長くなる結果が得られており,ここでは，理論的にも検証可能な一次元のイオン電流応答を計測するための実験系を構築する．