2017 Fiscal Year Research-status Report
誘電泳動アセンブリにおけるナノ粒子構造体の凝集制御および積層診断
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16K06388
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
内田 諭 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (90305417)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 誘電泳動 / アセンブリ / ナノ粒子 / セルオートマトン / ピット / 陽子線描画技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、泳動濃縮を利用した粒子アセンブリリアクタを試作して、ピット内における複合ナノ粒子群の凝集制御条件を検証するとともに、形成構造体の構造因子および電気定数を迅速かつ簡便に把握可能な積層診断システムを構築することである。
期間内において、（１）粒子輸送・凝集特性の精査、（２）アセンブリリアクタの試作及び性能評価、（３）粒子凝集量の導出及び凝集制御条件の特定、（４）インピーダンス応答と積層状態との相関検証及び検量線の策定、（５）堆積量と均一性の最適化及び固着条件の設定（６）複合ナノ粒子の積層アセンブリ及び形成状態の検証、といった各目標を達成するとともに成果の有機的連携により研究全体を推進する計画である。
前年度の結果を踏まえて、本年度（平成２９年度）は、粒子アセンブリの評価基盤として泳動凝集量とインピーダンス応答を計測し、凝集制御条件の特定および積層状態における定量的な相関を検証することを目的とし、【課題1 凝集量の画像計測および凝集制御条件の特定】、【課題2 インピーダンス応答と積層状態との相関検証】、を設定した。
【課題1】に関しては、前年度に試作したピット型3次元誘電泳動デバイスにおける制御パラメータに対して、金ナノ粒子のピット内凝集量の変化を走査電子顕微鏡により精査した。【課題2】に関しては、電流増幅器を接続したインピーダンス計測装置系の構築を行うとともに、積層量に対する理論的インピーダンス変化量の検討を行った。
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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
【課題1 凝集量の画像計測および凝集制御条件の特定】においては、前年度に試作したピット型3次元誘電泳動デバイスを量産化し、各種条件における金ナノ粒子群の凝集挙動を観測した。光学顕微鏡による凝集成長および走査型電子顕微鏡による最終凝集物の観察から、媒質導電率や粒子濃度の変化に対して、ピット周辺の凝集均一性が大きく異なることが分かった。また、粒子の誘電泳動に適した低周波数での電圧印加では気泡が発生し、粒子捕集を妨げることが示された。そこで、高周波の操作電圧に直流のオフセット電圧を重畳することで、捕集の効率化を実現した。また、金ナノ粒子に対する支配的電気力（誘電泳動交流電気浸透力）のデバイス内分布を算出し、ピット周辺における実際の凝集過程をモデル化した。ゆえに、課題であった粒子凝集量の実計測および凝集制御条件の特定は達成できたと言える。なお、本結果の一部は、国内会議（電気学会全国大会）にて発表しており、投稿論文（電気学会論文誌E）としてまとめている（10. 研究発表の項を参照）。
【課題2 インピーダンス応答と積層状態との相関検証】については、ピット内に捕捉された金ナノ粒子群による微小インピーダンス変化量を検出するため、インピーダンスアナライザに電流増幅器を接続した積層量計測系の構築を行った。また、誘電泳動デバイスの電極間インピーダンスを検出するための閾値を等価回路から推定した。現行の装置要件においては、計測電圧振幅の増加、または電極間隔の減少が必要であることが示された。計測条件の見直し、または電極スペーサの交換を行った上、インピーダンス変化値の実測と検証を引き続き行っていく予定である。
以上より、本年度の研究においては当基金を有効に活用し、到達目標を概ね達成できていると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成３０年度は、これまでの結果を踏まえ、複合ナノ粒子アセンブリの最適制御を行い、迅速かつ簡便な積層診断システムを構築する。
（１）均一積層条件の最適化およびリアクタの仕様調整
前年度に得られた相関データを統計処理して、堆積量や均一性に対する制御パラメータを最適化するとともに、有機剤または直流バイアスによる固着条件（投入量、バイアス値、処理時間）を設定する。上記プロトコルに基づいて、リアクタの流路および電極仕様を再調整する。
（２）積層診断システムの性能評価
供給流量（割合）を変化させて、複合ナノ粒子の泳動集積におけるインピーダンス応答を精査する。さらに、本積層診断システムにおける検量線から積層構造体における形成状態を検証し、システムの推定性能を評価する。
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| Causes of Carryover |
本年度の余剰金は消耗品等の購入金額が一部変更された清算上の差額分であり、極めて少額である。そのため、当該余剰金は次年度の追加消耗品費に充てる。
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