2016 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of spatially and temporally resolved flow measurement method for nanochannels utilizing single molecule as tracer
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15H05507
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
嘉副 裕 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任講師 (20600919)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 流体計測 / ナノチャネル / 単一分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
10-100 nm空間を利用して革新的機能を実現するナノ流体工学が発展しつつあり、ナノ流路の時空間流動計測法が求められている。しかし、最小でも20 nm程度のトレーサ粒子を用いる従来の粒子画像流速計（PIV）は、100 nm空間では分解能に乏しく、10 nm空間にはそもそも適用困難である。そこで本研究では、単一分子をトレーサとするナノ空間流速分布計測法、即ち分子画像流速計（MIV）を創成する。
これまでにサイズが制御された高分子であるデンドリマーを用いた単一分子トレーサを開発してきた。末端にサクシニミジルエステル基を有するデンドリマーと蛍光分子の修飾反応により、大きさ14 nmでサイズ・蛍光強度ともに均一な単一分子トレーサをはじめて実現した。これにより、MIVによるナノ流路の圧力駆動流の流速分布計測にはじめて至った。
そこで平成28年度は、100 nm流路の流速分布計測に必要な10 nm分解能に向けた改善に取り組んだ。本計測法では流れるトレーサの位置と移動量から流速を求めるため、空間分解能を向上させるにはトレーサの高い蛍光強度を実現して検出に必要な露光時間を短縮し、トレーサのブラウン運動に伴う位置の誤差を抑制する必要がある。そこでまず昨年度に開発した単一分子トレーサを評価したところ、デンドリマーの反応サイト4096個のうち7%程度しか蛍光分子に修飾されていないことが判った。そこで修飾される蛍光分子数を増加させるために、修飾反応を3回繰り返しさらに溶媒を水からメタノールに変更し、また、反応サイトと蛍光分子との間にスペーサ―としてポリエチレングリコールを導入して立体障害の低減を試みた。その結果、単一分子トレーサの蛍光強度を2.2倍に増加させることに成功した。これによりトレーサの位置決定における誤差を抑制することができ、空間分解能の向上に繋がると期待される。
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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
既にMIVによる流速分布計測を経て、空間分解能の向上といった測定法の改善の段階に至っているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終的に目標とする100 nm空間の流速分布計測に向けて、計測法の検討と計測システムの開発に取り組む。
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