2016 Fiscal Year Annual Research Report
Control of movement and stability of liquid marbles toward development of lab-on-water system
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16H04207
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
藤井 秀司 大阪工業大学, 工学部, 准教授 (70434785)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 吉伸 大阪工業大学, 工学部, 教授 (70298800)
眞山 博幸 旭川医科大学, 医学部, 准教授 (70360948)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | リキッドマーブル / 気液界面 / 物質輸送 / 光熱変換 / 吸着 / マランゴニ対流 / 導電性高分子 / 粉体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、水面上に浮遊するリキッドマーブル周囲に形成される、光熱変換現象が生み出す界面張力の空間勾配を運動の駆動力とし、液体（リキッドマーブル内部液）の遠隔からの運搬を行う省エネルギー型物質デリバリーシステムを実現化する。さらに、水面を実験室として捉え、水面上においてリキッドマーブルの合一・崩壊により内部液の混合・徐放を行う、ラボ・オン・ウォーターシステムの基本概念を構築する。平成28年度は、下記2項目について検討を行った。
1.導電性高分子微粒子の精密合成・光熱変換能評価
フッ素系ドーパントの存在下にて化学酸化重合を行うことで、疎水的表面を有する導電性高分子微粒子（ポリピロール、ポリアニリン）の合成を行った。生成粒子の粒子径、形状、化学構造（ドーピングレベル）、組成、表面化学について、電子顕微鏡、レーザー回折式粒径分布測定装置、元素分析器、X線光電子分光装置、ゼータ電位測定装置等を用いて詳細に評価した。さらに、導電性高分子微粒子乾燥体に近赤外線（808 nm）を照射すると、10秒以内に1,000℃まで昇温することを確認した。
2.リキッドマーブルの作製条件の最適化
上記項目で合成した粒子の液体分散体を種々の方法で乾燥させ、得られる粒子集合体の表面凹凸構造を、レーザー顕微鏡、走査型電子顕微鏡を使用して3次元画像化し、表面粗さを数値化した。次いで、凹凸を有する粒子集合体の表面上で液滴の接触角測定を行い、粒子表面への水の濡れ性を評価した結果、９０度以上の接触角が測定された。また、水、油の液滴を乾燥粒子上で転がすことで、１時間以上安定に存在するリキッドマーブルの作製に成功した。
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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
平成28年度の研究計画通り、リキッドマーブル安定化剤として使用する疎水的表面を有する導電性高分子微粒子の精密合成・評価を行った。さらに、生成微粒子を安定化剤として利用することで、安定なリキッドマーブルの作製に成功し、計画通り目標を達成することができた。また、平成29年度の研究計画の準備実験も開始している。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度以降も、研究分担者との連携を通じて、省エネルギー型物質デリバリーシステムの実現化、およびラボ・オン・ウォーターシステムの基本概念の構築に努める。具体的には、下記の点について研究を推進する。
1. リキッドマーブルの運動制御・牽引動力源としての機能評価：水面上に浮遊するリキッドマーブルに対してレーザー照射を行い、マランゴニ対流を駆動力とするリキッドマーブルの運動制御を行う。その後、リキッドマーブルの物体を牽引する動力源としての機能評価に取り組む。
2. リキッドマーブルの運動の数値解析：微小物体の運動は、そのサイズ・形状、および周辺場の物性等の複数のパラメーターに影響を受ける。今後、自律的マイクロマシーンの研究が発展する中で、運動方程式に基づく数値解析により、微小物体の運動を予測できるようにすることは意義がある。リキッドマーブルの運動を高速デジタルビデオカメラで録画し、動画解析ソフトウェアを使用することで、変位、速度、加速度を解析する。
得られた結果を取りまとめ、学会発表、論文投稿を行う。平成28年度に取得した知見と平成29年度以降に取得する基礎的データを有機的に繋げることで、リキッドマーブル工学に基づく物質遠隔操作法を確立したい。
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| Remarks |
下記サイトで研究がハイライト
https://www.newscientist.com/article/2084124-laser-driven-liquid-marbles-can-push-150-times-their-own-weight/
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[Journal Article] Effect of the Degree of Crosslinking on the Interfacial Layer Structure of Poly(vinyl chloride) Dispersed with Crosslinked Poly(n-butyl methacrylate) Particles2017
Author(s)
*Nakamura, Y.; Matsumoto, T.; Miyazaki, K.; Noda, M.; Takakura, K.; Tsutsumi, R.; Fujii, S.; Fujiwara, K.; Hikasa, S.; Sasaki, M.
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Journal Title
Composite Interfaces
Volume: 24
Pages: 761-778
DOI
Peer Reviewed
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