機能性ナノキャピラリ中の生体分子移動のモデリング

• Project/Area Number: 16760149
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Thermal engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 大宮司 啓文 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教授 (10302754)
• Project Period (FY): 2004 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2005: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2004: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
• Keywords: ナノチューブ / ナノフルイディックス / デバイ長さ / 電気二重層 / ユニポーラ水溶液 / デバイ長 / ユニポーラー水溶液

Research Abstract

電解質水溶液(一価イオン)の濃度が100mMから0.1μMのとき、水溶液のデバイ長(イオンが局所的な電場の影響を受ける距離)はナノメートルのオーダーになる。チャネルの壁が電荷を持ち、チャネルの幅がデバイ長さよりも小さい場合はチャネルの内部は実質的に対イオン(壁の電荷と逆符号の電荷をもつイオン)のみのユニポーラな水溶液となる。一方、チャネルの幅がデバイ長さよりも大きい場合はチャネルの内部は対イオンと副イオン(壁の電荷と逆符号と同符号の電荷をもつイオン)のバイポーラな水溶液となる。いずれの条件においても、チャネルの一部の表面電荷を外部電極に電圧を加える等により変化させると、半導体のトランジスタと同様の原理で、ナノチャネル内部の電流(イオンの流れ)を制御することができる。前者においては電界効果トランジスタと似た特徴をもち、後者においては接合型トランジスタと似た特徴をもつ。しかし後者においては、チャネルの幅がデバイ長さよりも遥かに大きくなると、電気泳動によるイオンの流れの制御よりも、電気浸透による液体の流れの制御の効果が強くなり、いわゆるマイクロポンプとなる。本研究においては、理論計算により、シリカナノチューブと電解質水溶液によって接合型トランジスタやダイオードと同様な動作原理をもつ装置が実現できることを示し、その装置を組み合わせることによって、バイオセンサーとして利用することができることを指摘した。

Research Products

• [Journal Article] Nanofluidic diode and bipolar transistor (2005)
  • Author(s): Hirofumi Daiguji, Yukiko Oka, Katsuhiro Shirono
  • Journal Title: Nano Letters (American Chemical Society) 5?11 Pages: 2274-2274
• [Journal Article] Transport phenomena in nanofluidic channels (2005)
  • Author(s): Hirofumi Daiguji, Yukiko Oka, Katsuhiro Shirono
  • Journal Title: Thermal Science and Engineering (The Heat Transfer Society of Japan) 13?2 Pages: 22-22
  • NAID: 130000149198
• [Journal Article] ナノフルイディックチャネル内部の移動現象-シリカナノチューブ中の電解質水溶液 (2005)
  • Author(s): 大宮司啓文
  • Journal Title: 表面技術(表面技術協会) 56?12 Pages: 913-913
  • NAID: 10016921480
• [Journal Article] Ion Transport in Nanofluidic Channels (2004)
  • Author(s): Hirofumi Daiguji, Peidong Yang, Arun Majumdar
  • Journal Title: Nano Letters 4・1 Pages: 137-142
• [Journal Article] Electrochemomechanical Energy Conversion in Nanofluidic Channels (2004)
  • Author(s): Hirofumi Daiguji, Peidong Yang, Andrew J.Szeri, Arun Majumdar
  • Journal Title: Nano Letters 4・12 Pages: 2315-2321