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Development of monitoring technique for diffusion coefficient and its application to bio analysis platform

Research Project

Project/Area Number 17J04445
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Thermal engineering
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

鎌田 慎  慶應義塾大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords熱物性 / 物質移動 / 光誘起誘電泳動 / マイクロ流体 / 微小液滴 / 光学計測 / 熱工学 / 拡散係数 / マイクロ熱流体 / マイクロ・ナノデバイス / MEMS / レーザー誘起誘電泳動 / 光導電膜
Outline of Annual Research Achievements

ナノサイズ試料の拡散係数測定から試料サイズや相互作用,分散状態などの分析が可能となる.そのため,微量の試料に対して前処理など要さず,高速に測定する手法は,生産プロセスにおけるインライン評価やバイオ医薬品をはじめとする希少な生体試料の凝集評価,微量検体を用いた網羅的な分析など幅広く適用できると期待される.本研究では,上記要件を満たす新たな拡散係数測定デバイスを開発し,発展させることで極微量分析プラットフォームを実現した.
平成30年度の実績を以下に示す.
1.作製デバイスによるナノサイズビーズ分散液を用いた測定から,拡散現象を数秒以内で適切に捉えられることを実験的に示した.さらに,拡散係数測定としての妥当性を確認するため,複数種類の粒子径標準ナノサイズビーズ試料を測定した.測定における不確かさの表現ガイドに基づき結果を分析し,10%程度の粒子径変化にも感度を持つことや,生体高分子修飾ナノサイズビーズでは表面特性に伴う変化が検知可能であること,測定値と推算値の関係や物理化学的要因などを明らかにした.これら実験と評価を通じて,提案手法の拡散係数測定としての妥当性を示した.
2.光誘起誘電泳動を用いた拡散係数測定デバイスへ微小液滴形成を実装し,高機能なマイクロ流体デバイスを作製した.そして,昨年度から動作検証を進めていたマイクロ流体送液システムと組み合わせ,極微量分析に向けたプラットフォームを構築した.微小液滴を形成および光誘起誘電泳動による拡散現象観察のための送液条件に加えて,微小液滴内での光誘起誘電泳動のための励起条件についても検討し,濃度分布を形成と拡散現象の検知に成功した.これにより,微小液滴を利用した極微量・前処理不要・高速な分析を実現する革新的なプラットフォームの構築を達成した.

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2019 2018 2017 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Design of an optofluidic diffusion sensor by transient grating using dielectrophoresis2018

    • Author(s)
      Kamata, M., Taguchi, Y., and Nagasaka, Y.
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 26 Issue: 13 Pages: 16970-16983

    • DOI

      10.1364/oe.26.016970

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Optoelectro-microfluidic Sensing of Intermolecular Interaction Using Interferometrically Photo-induced Dielectrophoresis2018

    • Author(s)
      Kamata, M., Takaba, Y., Taguchi, Y., and Nagasaka, Y
    • Journal Title

      International Journal of Heat and Mass Transfer

      Volume: 133C Pages: 73-79

    • DOI

      10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.12.088

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] レーザ誘起誘電泳動を用いたpL液滴内拡散係数測定デバイスの開発2019

    • Author(s)
      鎌田慎、田口良広、長坂雄次
    • Organizer
      第56回日本伝熱シンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ナノサイズ試料の極微量分析に向けた光学式マイクロ拡散センサの開発2018

    • Author(s)
      鎌田慎、田口良広、長坂雄次
    • Organizer
      第39回日本熱物性シンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザ誘起誘電泳動を用いた光学的小型拡散センシングデバイスの開発 -ナノバイオ試料の測定に向けたデバイス作製条件の検討及び実験的検証-2018

    • Author(s)
      鎌田慎、田口良広、長坂雄次
    • Organizer
      第39回日本熱物性シンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Nano-sized sample analysis based on diffusion coefficient using optoelectronic microfluidic sensor2017

    • Author(s)
      Makoto Kamata, Yoshihiro Taguchi, Yuji Nagasaka
    • Organizer
      The 9th US-Japan Joint Seminar on Nanoscale Transport Phenomena
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Optoelectro Microfluidic Chip for Sequential Sensing of Mass Diffusion Coefficient2017

    • Author(s)
      Makoto Kamata, Yoshihiro Taguchi, Yuji Nagasaka
    • Organizer
      2017 International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Temperature Dependence of Photoconductive Thin Film for Micro Optical Diffusion Sensor2017

    • Author(s)
      Makoto Kamata, Yoshihiro Taguchi, Yuji Nagasaka
    • Organizer
      European Conference on Thermophysical Properties (ECTP 21st)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of Micro Fluidic System for High-Speed Diffusion Measurement2017

    • Author(s)
      Makoto Kamata, Kan Yamada, Yoshihiro Taguchi, Yuji Nagasaka
    • Organizer
      The Ninth JSME-KSME Thermal and Fluids Engineering Conference
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] プラスチック製光誘起誘電泳動チップによる拡散センシングデバイスの開発2017

    • Author(s)
      奥脇拓也,鎌田慎,田口良広,長坂雄次
    • Organizer
      第38回日本熱物性シンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Remarks] 慶應義塾大学 長坂・田口研究室

    • URL

      http://www.naga.sd.keio.ac.jp/

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Remarks] NTL [慶應義塾大学 長坂・田口研究室]

    • URL

      http://www.naga.sd.keio.ac.jp/

    • Related Report
      2017 Annual Research Report

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Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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