垂直ナノスケール分解能を有する電気化学発光自己干渉分光法の開発

Electrochemiluminescence Self-Interference Spectroscopy with Vertical Nanoscale Resolution.

• Yafeng Wang
• Weiliang Guo
• Qian Yang
• Bin Su

抄録

本研究では、電極表面の法線方向に空間分解能を持つ自己干渉分光法（ECLIS）について報告する。自己干渉は、ルミノフォアから直接放出されたECLと電極表面から反射されたECLの重畳に起因するものであり、その結果、整然と分布したピークからなるスペクトルが得られる。このスペクトルとマトリックス伝搬モデルによる理論解析に基づいて、発光体と電極表面の距離をナノメートルスケールの垂直分解能で調べることができる。本研究では、二本鎖 DNA のような異なる分子リンカーを用いて電極表面上に集積された ECL ルミ ノフォアの高さを決定し、表面におけるリンカー分子のコンフォメーションを決定できることを初めて実証した。さらに、溶液中で自由に拡散するRu(bpy)とトリ-プロピルアミンを含む古典的なコリアクタントECLシステムについて、電極表面に隣接するECL発光層の厚さを推定した。その厚さはRu(bpy)の濃度に依存して350nmから1μm近くまで変化することがわかった。高い垂直分解能を持つECLISは、分子構造情報の収集や電極界面でのECL反応機構の研究を容易に行うことができると考えています。

Here we report an electrochemiluminescence (ECL) self-interference spectroscopy technique (designated as ECLIS) with spatial resolution in the normal direction of the electrode surface. Self-interference principally originates from the superposition of ECL emitted directly by luminophores and that reflected from electrode surfaces, resulting in a spectrum consisting of orderly distributed peaks. On the basis of this spectrum and theoretical analysis by the matrix propagation model, the distance between luminophores and the electrode surface can be probed with a vertical resolution on the nanometer scale. We demonstrated first in this work that the height of ECL luminophores assembled on the electrode surface using different molecular linkers, such as double-stranded DNA, could be determined, as well as the possible conformation of linker molecules at the surface. Moreover, the thickness of the ECL emitting layer adjacent to the electrode surface was estimated for the classical coreactant ECL systems involving freely diffusing Ru(bpy) and tri--propylamine in solutions. The thickness was found to vary from ∼350 nm to nearly 1 μm depending on the concentration of Ru(bpy). We believe that ECLIS with a high vertical resolution will provide an easy way to collect molecular conformation information and study ECL reaction mechanisms at electrode interfaces.