時空限界化学センター
米国カリフォルニア州レイクアローヘッドカンファレンスセンターで開催された CaSTL 年次シンポジウムで撮影された、時空限界化学センターの集合写真。

時空限界化学センター（CaSTLセンター）は、 国立科学財団[ 1 ] 化学イノベーションセンターです。[ 2 ]

時空限界化学センター
モットー単一の化学イベントを視覚化する
アクティブ2008～2020年
親機関
カリフォルニア大学アーバイン校
監督ヴァルトケス・アラ・アプカリアン
取締役社長ベンカト・ボミセッティ
教員
80
管理スタッフ
3
位置
カリフォルニア州アーバイン
キャンパスカリフォルニア大学アーバイン校（本部）。提携機関：ノースウェスタン大学、ピッツバーグ大学、ペンシルベニア州立大学、ユタ大学。
Webサイトwww.castl.uci.edu

CaSTLセンターは、2008年に全米科学財団とカリフォルニア大学アーバイン校との協力協定により設立されました。 [ 3 ] カリフォルニア大学アーバイン校の化学教授であるVartkess Ara Apkarianがセンター長を務めています。 [ 4 ] [ 5 ]センターの著名なメンバーには、Richard Van Duyne、[ 6 ] Hrvoje Petek、Wilson Ho、H. Kumar Wickramasinghe、George Schatz、Eric Potma、Lasse Jensen、Matt Law、Nien-Hui Ge、Jennifer Shumaker-Parry、Ruqian Wuなどのナノサイエンスの研究者が含まれます。

ミッション

CaSTLセンターの使命は、「実空間と時間の中で単一の化学反応を調べるための基本的な科学技術を開発すること」です。[ 7 ] CaSTLの研究者たちは、この目標を達成するために、化学者の顕微鏡であるChemiscope [ 8 ]と呼ばれる新しいツールを提案し、開発しました。

実績

単一分子走査電位計を用いた顕微鏡検査

CaSTLの研究者らは、サブナノメートルの空間分解能で静電場と電荷分布を画像化するための実験的・理論的ツールを開発した。[ 5 ]彼らは、マイクロエレクトロメカニカルシステム（SMEMS）の小型化における最初の単一分子限界を実証した。 [ 9 ]彼らは、先端に付着した単一の一酸化炭素分子の振動が力センサーとして機能し、振動を先端増強ラマン分光法によって光学的に読み取る電気-機械力変換器として動作できることを実証した。この発見により、研究者は分子内の電場、静電容量、伝導性にアクセスできるようになり、分子エレクトロニクスから触媒化学に至るまでのさまざまな分野に影響を与えるだろう。

単一分子の振動基準モードの画像化

分子の内部振動は、反応性などの化学反応を決定する構造変化を決定します。Vartkess Ara Apkarian 率いる CaSTL チームは、原子に閉じ込められた光を用いて銅表面上の単一のコバルトテトラフェニルポルフィリン分子の振動基準モードを測定しました。 [ 10 ]この研究では、チップ増強ラマン分光法の変種を使用して、単一分子内の振動スペクトルを測定しました。化学者は、赤外分光法など、さまざまなツールを使用して分子の振動を測定しますが、単一分子の基準モードを測定することは困難でした。これは、原子レベルの解像度を持つ顕微鏡では、光学回折限界よりも約 3 桁高い倍率が必要になるためです。[ 11 ] [ 12 ]

より広範な影響

CaSTLセンターは、シンポジウム、ワークショップ、単分子化学に関するサマースクールなど、様々な科学イベントを開催しました。中でも注目すべきは、2018年テルライド分子ビデオグラフィーワークショップ[ 13 ]と、2019年アメリカ化学会秋季大会における「実空間・実時間における化学に向けて」をテーマとしたシンポジウムです。

非公式科学教育

Bond Breakerというタイトルの教育用ビデオゲームは、CaSTLの科学者がTestTubeGamesと共同で開発したもので、プレイヤーは一連の問題を解くことを通して光と物質の相互作用について学ぶ。このゲームは非常に人気となり、Scientific Americanの表紙[ 14 ]に掲載された。このゲームは現在、世界中のいくつかのゲームプラットフォームで利用できる。このゲームの教室バージョンであるBond Breaker - Classroom Editionは、次世代科学標準に基づいて[ 15 ]、2019年にリリースされた。このビデオゲームは、一連のゲームレベル、アニメーション、クイズ、NGSS授業計画で構成されている。このゲームのキャラクターは、STEM分野における多様性と公平性を促進するために選ばれた。

科学アニメーション

CaSTLの科学者は、「原子とは何か、そして私たちはどのように知るのか？」[ 16 ]、「原子は何でできているのか？」[ 17 ] 、 「分子とは何か？」[ 18 ]、「ウイルスの見方」[ 19 ]など、ナノサイエンスの基本概念を一般大衆に広く説明する一連の科学アニメーションの開発に協力しました。

CaSTL - ASU パスウェイプログラム

CaSTLの科学者たちは、カリフォルニア大学学長室の支援を受けて、アルバニー州立大学と提携し、マイノリティの学部生に夏季研究体験プログラムを提供しました。このプログラムは後に、ハンプトン大学やタスキーギ大学といった 他の歴史的に黒人が多く通う大学からも参加を得ました。

参考文献

  1. ^ 「NSF - National Science Foundation」nsf.gov . 2019年1月21日閲覧。
  2. ^ 「化学イノベーションセンター」 www.nsf.gov国立科学財団2019年1月21日閲覧。
  3. ^ 「NSF Award Search: Award#0802913 - The Center for Chemistry at the Space-Time Limit (CaSTL)」www.nsf.gov . 2019年1月21日閲覧。
  4. ^ “V. アラ。アプカリアン” . ps.uci.edu 。2019 年1 月 21 日に取得。
  5. ^ a b「科学者らが顕微鏡を分子レベル以下の解像度へ押し上げる」phys.org . 2019年1月21日閲覧。
  6. ^ Schatz, George C. (2019年10月). 「リチャード・P・ヴァン・デュイン (1945–2019)」 . Nature Nanotechnology . 14 (10): 913. doi : 10.1038/s41565-019-0545-4 . ISSN 1748-3395 . PMID 31471590. S2CID 201674912 .   
  7. ^ "Mission" . CaSTL . 2012年2月1日. 2019年3月26日閲覧。
  8. ^ 「Chemiscope - Science Nation」 . www.nsf.gov . 国立科学財団. 2019年3月26日閲覧。
  9. ^ Apkarian, V. Ara; Jensen, Lasse; Chen, Xing; Tallarida, Nicholas; Lee, Joonhee (2018-06-01). 「単分子走査電位計を用いた顕微鏡観察」 . Science Advances . 4 (6) eaat5472. Bibcode : 2018SciA .... 4.5472L . doi : 10.1126/sciadv.aat5472 . ISSN 2375-2548 . PMC 6025905. PMID 29963637 .   
  10. ^ Apkarian, V. Ara; Nicholas Tallarida; Crampton, Kevin T.; Lee, Joonhee (2019年4月). 「原子閉じ込め光による単一分子の振動ノーマルモードの可視化」 . Nature . 568 ( 7750): 78– 82. Bibcode : 2019Natur.568...78L . doi : 10.1038/s41586-019-1059-9 . ISSN 1476-4687 . PMID 30944493. S2CID 92998248 .   
  11. ^ Lowe, Derek (2019-04-10). 「振動モードの真実」 . In the Pipeline . 2019年4月11日閲覧。
  12. ^ Le Ru, Eric C. (2019年4月). 「振動分子のスナップショット」 . Nature . 568 (7750): 36– 37. Bibcode : 2019Natur.568...36L . doi : 10.1038/d41586-019-00987-0 . PMID 30944489 . 
  13. ^ 「ワークショップの詳細」 . www.telluridescience.org . テルライド科学研究センター. 2019年7月21日閲覧。
  14. ^ウエレット、ジェニファー。「新しいBond Breakerゲームで陽子の座に就こう」。Scientific American Blog Network 。2019年7月21日閲覧。
  15. ^ 「Bond Breaker - Classroom Edition」 . testtubegames.com . 2019年7月21日閲覧。
  16. ^ What Is an Atom and How Do We Know?、2018年9月18日、 2019年7月21日閲覧
  17. ^ What Are Atoms Made Of?、2019年1月3日、 2019年7月26日閲覧
  18. ^分子とは何か？、2019年6月26日、 2019年7月26日閲覧
  19. ^ウイルスの見分け方！、2020年6月3日閲覧
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