| Project/Area Number |
22H00194
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 19:Fluid engineering, thermal engineering, and related fields
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
嘉副 裕 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (20600919)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
花崎 逸雄 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10446734)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥42,120,000 (Direct Cost: ¥32,400,000、Indirect Cost: ¥9,720,000)
Fiscal Year 2025: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
Fiscal Year 2024: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
Fiscal Year 2023: ¥11,570,000 (Direct Cost: ¥8,900,000、Indirect Cost: ¥2,670,000)
Fiscal Year 2022: ¥15,860,000 (Direct Cost: ¥12,200,000、Indirect Cost: ¥3,660,000)
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| Keywords | ナノ流体工学 / 超解像度計測 / ナノ流路 / 粒子追跡法 / 光散乱 |
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| Outline of Research at the Start |
10-100 nmのナノ空間の流体科学・工学の進展に伴い、表面支配の極小空間における溶質分子輸送現象の解明が重要となっている。本研究では、独自の技術と方法論に基づき光散乱を用いたナノ空間非蛍光ナノ粒子の超解像度追跡法を創成することを目的とする。サイズと表面粗さを1 nm以下の精度で制御したガラス製ナノ流路を作製して、バックグラウンド光を極限まで低減して光学的に整えた条件下で、ナノ粒子の散乱光と流路壁面からの反射光との干渉により形成される粒子像を高速・高感度に検出し、位相差に伴う粒子像変化からナノ空間を流れる非蛍光ナノ粒子の位置をx, y, zの3方向で10 nm分解能で測定する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
100 nm空間の流体科学・工学の進展に伴い、表面支配の極小空間における溶質分子輸送現象を解明する超解像度計測法が重要となっている。しかし、従来の超解像度計測法の大多数は蛍光を用いるため、溶質分子に相当するnmサイズの粒子には適用できない。本研究では、独自の技術と方法論に基づき光散乱を用いた新たな超解像度非蛍光1粒子追跡法の開発を目的とする。具体的には、研究項目A：計測システムの構築とナノ粒子像の検出、研究項目B：ナノ粒子像解析法の構築と超解像度分解能の検証、研究項目C：ナノ流路における非蛍光1粒子追跡の検証、研究項目D：ナノ流路における非蛍光1分子追跡への応用に取り組む。
2023年度は、主に研究項目A、Bに取り組んだ。2022年度に得た知見をもとに、ナノ流路の材質および光学系を最適化することで、干渉散乱光の検出において感度低下の要因となるバックグラウンド光を1/16に低減し、ナノ流路を流れる20 nmのナノ粒子から生じる干渉散乱光の検出に成功した。これは、DNAやタンパクなどの巨大分子に相当するスケールの粒子検出が可能であることを意味している。また、粒子からの散乱光と周囲からの反射光との位相差および光の波長を考慮してナノ流路を流れるナノ粒子の3次元位置を特定する方法について検討を進めた。更に、実験で得られた結果を解析するための計算アプローチの環境を整えた。次年度は、干渉散乱光を利用したナノ空間内1粒子3次元追跡を検証する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ナノ流路を流れるナノ粒子の位置を計測する方法について、理論・実験両面で検討する中で当初提案した方法からの変更はあったが、研究は当初計画の通りに進捗しているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
ナノ空間を流れるナノ粒子追跡の検証に加えて、最終目標を踏まえてナノ空間内を浮遊するDNA等の巨大分子から生じる干渉散乱光の検出にも取り組む予定である。
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