Ice microfluidics utilizing chemical properties of ice surface and its application to analytical chemistry

• Project Area: Aquatic Functional Materials: Creation of New Materials Science for Environment-Friendly and Active Functions
• Project/Area Number: 20H05203
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Utsunomiya University
• Principal Investigator: 稲川 有徳 宇都宮大学, 工学部, 助教 (30828489)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2020: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 氷 / マイクロフルイディクス / ダングリングボンド / 分離 / 計測

Outline of Research at the Start

本研究提案では、氷表面の機能を最大限に生かしたドープ氷中に存在するナノ・マイクロ構造を利用したマイクロ流体分離システムを構築することで、氷と相互作用を起こす物質をターゲットにした分離計測法の確立することを目的とする。これを実現するために、ダングリングボンドが有するイオン交換機能および氷表面との相互作用による物質吸着の定量的評価を行い、氷表面が有する化学的性質のキャラクタリゼーションを行う。そして、申請者がこれまでに構築したFCSを用いたサイズチューナブルな電気泳動場と氷表面が有する化学的な性質をハイブリッドした新規分離分析場を構築し、金属錯体やバイオ分子の分析場として適用可能であることを示す。

Outline of Annual Research Achievements

本年度はマイクロ流体デバイス中での水溶液の凍結を利用し、空間的に制御された氷の結晶粒界を利用した粒子分離法の開発を行った。これにより、マイクロ/ナノ粒子の分離を実現した。このような系は細胞と小胞体の分離に適用できると考え、凍結環境における生体機能の発現を評価するためのプラットフォームとして有用であると考える。
氷表面のダングリングボンドを利用した金属錯体の配位子交換反応については、これまで氷/有機溶媒系で実験を行ってきたが、メタノール水溶液に錯体を添加しそれを凍結するだけでも配位子交換が生じることを見出した。しかしながら、氷壁面のダングリングボンドの効果なのか、液相の特異的な性質なのか、両者の切り分けができておらず、この点に関しては助成期間後も検討する。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] In situ Visualization of Ferrous Ions Dissolved from Pure Iron Wire into Thin Frozen Aqueous Solution Films by Combination of Microscopy and Image Processing (2022)
  • Author(s): Inagawa Arinori、Maeda Minami、Uehara Nobuo
  • Journal Title: Sensors and Materials Volume: 34 Issue: 3 Pages: 915
  • DOI: 10.18494/SAM.2021.3448
  • ISSN: 0914-4935, 2435-0869
  • Year and Date: 2022-03-03
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Total protein assay by PCA-based RGB-spectrum conversion methods with smartphone-acquired digital images (2022)
  • Author(s): Inagawa Arinori、Kimura Miwa、Uehara Nobuo
  • Journal Title: Analytical Sciences Volume: - Issue: 6 Pages: 869-880
  • DOI: 10.1007/s44211-022-00107-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Geometrical pH mapping of Microfluids by principal-component-analysis-based xyz-spectrum conversion method (2021)
  • Author(s): Inagawa Arinori、Saito Kana、Fukuyama Mao、Numata Munenori、Uehara Nobuo
  • Journal Title: Analytica Chimica Acta Volume: 1182 Pages: 338952-338952
  • DOI: 10.1016/j.aca.2021.338952
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Manipulation of aggregation-induced emission of thermoresponsive fluorescent polymers having Au(I)-S groups for a fluorescent chemosensor (2021)
  • Author(s): Uehara Nobuo、Masubuchi Yoshiki、Inagawa Arinori
  • Journal Title: Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects Volume: 618 Pages: 126459-126459
  • DOI: 10.1016/j.colsurfa.2021.126459
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Linear Momentum of a Microfluid Realizes an Anisotropic Reaction at the Ends of a Supramolecular Nanofiber (2021)
  • Author(s): Kanzaki Chisako、Matoba Shota、Inagawa Arinori、Fukuhara Gaku、Okada Tetsuo、Narushima Tetsuya、Okamoto Hiromi、Numata Munenori
  • Journal Title: Bulletin of the Chemical Society of Japan Volume: 94 Issue: 2 Pages: 579-589
  • DOI: 10.1246/bcsj.20200279
  • NAID: 130007995343
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of Colorimetric Analysis with Smartphones-captured Images Based on RGB-spectrum Conversion Methods (2020)
  • Author(s): INAGAWA Arinori、UEHARA Nobuo
  • Journal Title: BUNSEKI KAGAKU Volume: 69 Issue: 12 Pages: 693-706
  • DOI: 10.2116/bunsekikagaku.69.693
  • NAID: 130008021463
  • ISSN: 0525-1931
  • Year and Date: 2020-12-05
• [Journal Article] Dataset for reproducing absorption spectra of methyl orange from the RGB values of microscopic images (2020)
  • Author(s): Inagawa Arinori、Saito Kana、Sasaki Asuka、Uehara Nobuo
  • Journal Title: Data in Brief Volume: 31 Pages: 105998-105998
  • DOI: 10.1016/j.dib.2020.105998
• [Journal Article] Sample enrichment for microchip electrophoresis by target-selective extraction induced by phase separation of aqueous ionic liquids (2020)
  • Author(s): Arinori Inagawa, Nozomi Masuda, Toshiyuki Nikata, Nobuo Uehara
  • Journal Title: Chem Lett. Volume: 49 Issue: 8 Pages: 974-977
  • DOI: 10.1246/cl.200330
  • NAID: 130007884728
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] RGB- スペクトル変換法によるスマートフォン画像を利用した比色分析法の開発 (2020)
  • Author(s): 稲川有徳、上原伸夫
  • Organizer: 令和2年度分析イノベーション交流会
• [Presentation] Development of colorimetric analysis procedure with smartphone-captured images based on RGB-spectrumconversion methods (2020)
  • Author(s): A. Inagawa, N. Uehara
  • Organizer: RSC Tokyo International Conference 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Selective detection of acidic amino acids using aggregation of cationic stimuli-responsive polymer (2020)
  • Author(s): A. Yasuda, N. Uehara, A. Inagawa
  • Organizer: RSC Tokyo International Conference 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 氷表面のダングリングボンドとガリウム(III)錯体との配位子交換反応 (2020)
  • Author(s): 稲川有徳、高山俊也、上原伸夫
  • Organizer: 第80回分析化学討論会
• [Presentation] ポリエチレングリコールを用いて調製した金ナノ粒子の崩壊に基づくチオール化合物の定量 (2020)
  • Author(s): 岩松翼・稲川有徳・上原 伸夫
  • Organizer: 第80回分析化学討論会
• [Presentation] Development of Near-Infrared Fluorescent Organic-Inorganic Hybrids for Polysaccharide Sensors (2020)
  • Author(s): Yuuki Awaya, Arinori Inagawa and Nobuo Uehara
  • Organizer: RSC Tokyo International Conference 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of molecular structure on fluorescence fluctuation of water-soluble polymer incorporating fluorophore”, RSC Tokyo International Conference 2020 (2020)
  • Author(s): Hisana Shimazu, Arinori Inagawa and Nobuo Uehara
  • Organizer: RSC Tokyo International Conference 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] カチオン性刺激応答性高分子の静電相互作用を利用した呈味性アミノ酸の検出 (2020)
  • Author(s): 保田あさ陽・上原伸夫・稲川有徳
  • Organizer: 第80回分析化学討論会
• [Presentation] イオン液体/水系の相分離を利用したマイクロチップ電気泳動の高感度化 (2020)
  • Author(s): 増田望実・上原伸夫・稲川有徳
  • Organizer: 第80回分析化学討論会
• [Presentation] 透過顕微画像のRGB値を用いた微小空間における吸収スペクトルの再現 (2020)
  • Author(s): 佐々木明日香・上原伸夫・稲川有徳
  • Organizer: 第80回分析化学討論会