Nanomaterial manipulation by local control of electic-field at solid-liquid interface
| Project/Area Number |
23K22690
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| Project/Area Number (Other) |
22H01419 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
元祐 昌廣 東京理科大学, 工学部機械工学科, 教授 (80434033)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
市川 賀康 東京理科大学, 工学部機械工学科, 助教 (00825060)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000)
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| Keywords | ナノ物質操作 / ナノ粒子 / プラズモニクス / 局在流 / イオン流 / マイクロ流体 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，微小金属構造体や微細電極アレイへの光照射と交流電界印加によって引き起こされる局在電場について，ナノ粒子輸送の観点から統一的に扱い，ポテンシャル勾配の形で体系化することで，新たなナノ粒子マニピュレーション技術を提案することを目的とする.電場勾配を用いたナノ物質の操作・輸送の実用化を促進し，新規ナノデバイスの創出を目指す.
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度にプラズモン光放射圧と熱泳動に起因した集積メカニズムを明らかにした，金属ナノ構造体周りの局在プラズモン増強電場下でのナノ粒子輸送に関して，電子線描画装置の描画パラメータを最適化することで，間隔約25nmの金構造体を製作したが，ナノ粒子の集積現象は観察されなかった．これは，構造体間隔を小さくするためには蒸着厚みを薄くせざるを得ない成膜上の理由があるが，この場合には電場増強が十分でないことを示しており，ナノ構造プラズモンのギャップモードが単なる間隔の関数では表現できないことが明らかになった．
交流局在電場での物質輸送について，昨年度，50kHz-150kHz域においてナノ粒子が集積される現象を新たに発見したが，この原因として，局在電場が引き起こすジュール発熱に起因する物性勾配と電場との相互作用であるelectrothermal流が関与している可能性が高いことを明らかにした．実験と数値シミュレーションによってその挙動がおおよそ類似することを確認し，発生する集積現象のパラメータマップの作成に成功した．この現象を用いると，これまでの交流電気浸透流を用いた集積と比べてより強い流動を発生させられるため，高い処理流量でのインライン濃縮が可能であるなど実用上の利点が大きいため，今後，この現象を用いたナノ粒子濃縮デバイスを開発していく．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
昨年度発見した高周波交流電場下におけるナノ粒子の集積現象の要因を1年未満で突き止めたことは大きな進展であり，さらに，デバイスの一部構造を改良することでさらに高い濃縮を実現できる予備的結果を得ており，新たなナノ粒子集積技術としての可能性を見出すことができたため．
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| Strategy for Future Research Activity |
金属ナノ構造体を用いた集積は，電場増強と物質輸送が非常に複雑なため，数値シミュレーションをこれまでより多めに実施してパラメトリックスタディを事前に行った上で構造体を製作していく．また，それに合わせて，ナノ粒子を固体基板に固定化させるボトムアップ的アプローチも取り入れていく．また，生化学の研究者と共同研究を実施して，バイオナノ粒子の濃縮および評価を実施していく．
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Report
(2 results)
Research Products
(41 results)
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[Presentation] A thin thermal MEMS sensor for liquid film flow2023
Author(s)
Koichi Murakami, Genta Miyake, Naoto Omura, Shunsuke Mizumi, Yoshiko Oya, Yuki Mizushima, Yoshiyasu Ichikawa, Masahiro Motosuke
Organizer
12th International Symposium on Measurement Techniques for Multiphase Flows (ISMTMF)
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