2019 Fiscal Year Annual Research Report
Study on an integrated nano/micro system for invetigating intercellar commnication
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17H02755
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
山口 明啓 兵庫県立大学, 高度産業科学技術研究所, 准教授 (70423035)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 啓介 岐阜大学, 工学部, 助教 (50721792)
中尾 愛子 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (60342820)
内海 裕一 兵庫県立大学, 高度産業科学技術研究所, 教授 (80326298)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ナノマイクロシステム / 分子センシング / 磁気応答 / ナノ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
統合ナノマイクロシステムに必要なマイクロ流体デバイスの設計および構築に関する要素技術開発や科学的な基礎研究を行った。今年度は、分子センシングや液相中での電気化学応答特性を調べるための電極構造を作製などに注力して研究開発を進めた。電極構造を創製するために、コロイド分散・凝集による高次ナノ構造化に加えて光化学反応による粒子生成と高次ナノ構造化を進めた。銅及び銅酸化物の生成において、pH制御と添加アルコールの直鎖によって、生成する粒子サイズや組成比が制御できることを明らかにした。銅酸化物は抗菌作用があり、流路に配置する際に、銅の部分と銅酸化物の部分を分けて配置すれば、通常の領域と抗菌性領域を分けて配置することができる。また、粒子生成時に液体の流速を変えることで、粒子サイズを制御して、所望の領域に付与できることが分かった。
また、微小磁性体を用いたナノ・マイクロ磁気イメージング系を構築するために、局所的な磁気共鳴を励起する素子の開発も進めている。今回は、強誘電体／強磁性体界面によって発現する人工磁性体中の縞状磁区構造における磁気抵抗異常について研究を行った。縞状磁区構造によって、磁気抵抗が単磁区構造の場合に比較して非常に大きく増大されることが分かった。このことは、単膜構造で大きな磁気センシング効果を実現できることを示しており、マイクロ化学システムに実装することで、磁気的なセンシングが簡単に行える可能性を示唆している。縞状磁区構造における磁気抵抗増大機構について究明を行い、磁区構造が直列配列で接続していることが主たる要因であることを示した。磁壁抵抗の寄与の有無についても考察を行い、磁区構造の直列配列だけでは実験結果を再現しない点があることを示した。
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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
統合ナノ・マイクロシステムの創製に必要な要素技術の研究開発を研究計画に基づき進めている。以下、それぞれの研究開発項目について、概要を述べる。
[1] ナノ・マイクロシステムのための流体プラットフォーム創製においては、PTFEチップ創製およびその他の構造材で形成するチップの創製に成功している。PTFEでは、放射光照射を行うとPTFEを熱昇華させることが可能であり、所望の領域にPTFEパターン形成ができることを示した。マイクロ化学システム創製時に所望の領域のみPTEEコーティングが可能となるので、流体操作や細胞播種時に選択幅が広い統合型ナノ・マイクロシステムの創製が可能となる。
[2] 伝達信号等の検出基盤の創製として、分子センシングおよび分子イメージングを行うためのシステムならびにナノ粒子構造体の創製を行っている。システムでは、高次ナノ構造体をLab-on-a-chipの一部を抽出した仕組みを創製して、簡易ラマン分光器で超高感度・迅速分子検出ができることを示した。分子イメージングでは、作製したナノ粒子構造体を生体材料に導入して、その分子イメージングを撮影できることが分かった。ナノ粒子構造体の最適化などを現在進めている。さらに、本年度の概要で記述したように、光化学反応によるナノ粒子生成と付与について、流速やpHや添加材など外部パラメータでかなり制御できることが分かったので、この制御方法を用いることで所望の構造を創製することが可能となることが期待できる。
[3] 縞状磁区構造を形成することで、単膜構造でも大きな磁気抵抗効果を発現することが可能であることを明らかにした。このことによって、磁気的な応答特性を感度良く測定できるような機構が創製可能になると期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究開発計画に大きな変更点は現在のところ認められない。したがって、現在の研究開発計画に基づき、研究を行う。[1] ナノ・マイクロシステムのための流体プラットフォームでは、加工精度を向上させて、流路形成を行う予定である。設計した流体プラットフォームに電極形成を行い、単位化学操作と合わせて電気的な応答特性も取得できるシステム構築を引き続き行う。特にPTFEを構成材料とするナノ・マイクロシステムでは電極のPTFEへの接合・実装が課題になる。現在のところ、ある程度は接合できることが分かっているので、その範囲内での電極形成とデバイスの機能確認は可能である。したがって、プラットフォームを創製して、実際に稼働させてみるという実験とさらに精度よく電極形成などを行う技術開発を同時に進めていくことで、最終的に加工精度が高く、様々な機能性を有するプラットフォーム創製が実現できるように進めていく。さらに、圧電体基板との組み合わせによるポンプ機能や粉体輸送機能の実装についても進めていく。
[2] 伝達信号等の検出基盤の創製においても、[1]と同様である。特に分子センサーおよび分子イメージングを担うナノ粒子構造体の非特異吸着をさけるための表面改質や表面構造の制御機構の研究開発が重要であると考えられる。今後は、この表面構造の制御機構に注力して研究を推進する。磁気イメージング素子では、現在、異種材料ヘテロ接合によって発現する磁気異方性による磁区構造あるいは磁化反転機構の制御に注力しているが、感度向上や統合ナノ・マイクロシステムへの組み込みなども考慮した素子の研究開発フェーズに移行していきたいと考えている。
統合ナノ・マイクロシステムを試作しながら、基本操作系の構築と確認を行い、細胞や生体材料を搭載した系での実験を進めていく方針である。
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[Journal Article] Controllability of cupric particle synthesis by linear alcohol chain number as additive and pH control in cupric acetate solution using X-ray radiolysis2019
Author(s)
Akinobu Yamaguchi, Ikuo Okada, Ikuya Sakurai, Hirokazu Izumi, Mari Ishihara, Takao Fukuoka, Satoru Suzuki, Kelvin Elphick, Edward Jackson, Atsufumi Hirohata, and Yuichi Utsumi
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Journal Title
Journal of Synchrotoron Radiation
Volume: 26
Pages: 1986 - 1955
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Magnetic Scattering in Ni Wires Fabricated on Ferroelectric LiNbO3 Substrate for Magnetic Sensor Applications2019
Author(s)
Ryo Nakamura, Shunya Saegusa, Satoru Suzuki, Aiko Nakao, Yuichi Utsumi, Takuo Ohkochi, Masaki Oura, Yukako Takizawa, Tsunemasa Saiki, Taekhyeon Lee, Kab-Jin Kim, Keisuke Yamada, Takeshi Ogasawara, and Akinobu Yamaguchi
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Journal Title
Sensors and Materials
Volume: 31
Pages: 3007 - 3022
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] マルチフェロイック材料開発のための強磁性体／強誘電体ヘテロ接合の物性研究2019
Author(s)
三枝峻也,中村遼, ,山口明啓 ,赤松直哉, ,才木常正, ,瀧澤由佳子, 大河内拓雄, ,大浦正樹
Organizer
マイクロエレクトロニクスシンポジウム (MES) 2019
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