2017 Fiscal Year Annual Research Report
Developments of Analytical Chemistry Based on Dimension Control of Micro- and Nano-space by Freezing
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17H01209
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
岡田 哲男 東京工業大学, 理学院, 教授 (20183030)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
火原 彰秀 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (30312995)
原田 誠 東京工業大学, 理学院, 助教 (60313326)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 氷 / 粒子 / 氷/液相界面 / 液相の粘性率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
凍結により生じる液相空間を理解し、制御することにより凍結現象を新たな機能開拓に利用すると共に、現象の本質を理解することを目的としている。今年度は以下の検討を行った。(1)凍結による液相空間のマイクロ/ナノメーター次元制御、(2)凍結水溶液の物性評価、(3)水溶液凍結系の理論的描像、(4)凍結溶媒抽出、(5)凍結電気化学。
(1)では、数百マイクロメーター程度の厚さの氷隔壁を用いて、ナノ～マイクロ粒子の分離を検討し、50 nm以上の大きさでチャンネル径を制御できることを示した。また、マイクロ粒子の表面に不凍タンパク質を導入することで、粒子の物理的なサイズよりも大きなチャンネル幅で粒子の動きが制限されること、この温度から化学的な相互作用を評価できることを示した。(2)では、蛍光相間分光、発光消光反応速度測定を利用して、グリセロールを含む凍結水溶液の粘性率を決定した。いずれの方法でも、温度が低いほど、また容器空間が小さいほど、同じ組成のバルク溶液に比べて粘性率が高くなることを見出した。(3)ではExtended UNIQUACモデルにより塩の水溶液系の理論的描像を得るためのプログラミングを行った。(4)では、凍結水溶液から液液抽出を行うことにより、凍結していないときに比べて数倍以上の効率的な抽出が可能であることを示した。また、電気的に中性の化合物では分配係数が抽出により小さくなる(水側に分配しやすくなる）ことを見出した。これは以前の研究で電気化学的に明らかにした現象と一致する。(5)では、凍結水溶液中における可逆系のサイクリックボルタンメトリーの測定と、有限要素法によるシミュレーションから電極表面での液相成長に関する知見を得た。その結果液相は特定の方向に成長が妨げられていることが明らかになった。
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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
空間制御の観点からは数十nmまで液相チャンネルを再現性良く制御できるようになった。また、粒子表面反応を利用することで化学的相互作用を温度から評価できるようになったことは、想定外の成果であった。熱力学モデルの構築も進んでおり、複雑な凍結系を予測できる見通しが立った。
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| Strategy for Future Research Activity |
空間制御ではさらに1桁小さい次元にまで拡張できればさらに有用であると期待できる。また、現在合成への凍結の積極的利用を開始しており今後具体的な成果に結びつけたいと考えている。
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