Polymer thin films are utilized in various nanofabrication processes, such as photo-lithography, nano-imprinting, etc. The diffusional behavior of guest chemical reagents in general depends on the internal structure and properties of host polymers that is strongly related to the precision in the nanofabrication. In addition, the spatial distribution of guest reagents is not uniform in host polymers, which also affects the quality of the fine fabrication. It is therefore of significance to elucidate the behavior of small guest molecules in host polymer films.
In order to track the diffusional motions of guest molecules in polymer solids, the single-molecule wide-field microscopy is a powerful tool. In this work, we applied so-called astigmatism imaging method to the investigation of the 3D motions of guest dyes in polymer films on solid substrates. A series of measurement revealed that the spatial distribution and diffusional motion of guest dye depend on the kind of dye as well as the kind of host polymer. On the basis of the experimental data obtained, we will discuss depth-dependent properties of host polymers, interaction between guest dyes and host polymers, and interaction between host polymers and solid substrates.
高分子薄膜はフォトリソグラフィーやナノインプリント等、様々な微細加工プロセスに利用されている。微細加工の精度と強く相関するホスト高分子の内部構造や物性は、同時にゲスト分子の挙動とも強く関係する。さらに、ホスト高分子内部におけるゲスト分子の空間分布は不均一であり、このことも微細加工の精度に影響を及ぼす。それゆえ、高分子薄膜内部でのゲスト分子の挙動を調べることは極めて重要である。
広視野（Wide-field）単一分子イメージングは、ミクロな周囲環境を反映した個々の分子の並進運動と回転運動を詳細に追跡することができる。我々は、所謂非点収差イメージング法に基づく３次元的な単一分子追跡（Single-molecule tracking; SMT）により深さに依存したゲスト蛍光分子の挙動を測定した。測定結果の詳細な解析により、ゲスト分子の空間分布と拡散挙動は、ゲスト分子の種類、ホスト高分子の種類に依存することが明らかとなった。講演では、得られた実験データを基に、固体基板−高分子界面からの距離に依存したホスト高分子の物性、ゲスト分子−ホスト高分子間の相互作用、ホスト高分子―固体基板間の相互作用などについて議論する。