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2020 Fiscal Year Annual Research Report

Temporal and Spatial Active-Control of Mass Diffusion for High Quality Crystallization of Protein

Research Project

Project/Area Number 17H03181
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

小宮 敦樹  東北大学, 流体科学研究所, 教授 (60371142)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 岡島 淳之介  東北大学, 流体科学研究所, 助教 (70610161)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2021-03-31
Keywordsタンパク質 / 物質拡散 / 結晶成長 / 位相シフト干渉計 / 機能性膜
Outline of Annual Research Achievements

本研究では,タンパク質やアミノ酸に代表される生体高分子の液相内移動現象を能動制御し,タンパク質高品位結晶化の実現を目指すことを目的としている.研究4年目は最終年度であり,これまでの研究成果を纏め上げることを念頭に置き,スマートメンブレンの諸条件を変えたタンパク質物質拡散実験を進めた.併せて周囲壁の温度に分布を与えることで,結晶成長時の種結晶周りの濃度分布が一様化する手法について,数値シミュレーションによる検証を行った.また,結晶成長実験として,結晶成長速度の速い塩化ナトリウムを用いた実験を行い,周囲壁温度条件の影響を定量評価した.スマートメンブレンの物質透過量評価については,細孔率が等しくも細孔の配置が異なるメンブレン群をMEMS技術により製作し,定量評価を行ってきた.メンブレン製作の議論においては,海外研究協力者とオンライン会議を開催することで多角的な視点からの評価を行い,その結果,空孔率は同じでも細孔の隣接間距離がスマートメンブレン物質透過量を制御する因子となっていることが明らかとなった.また,物質流束の時間変化がスマートメンブレンの細孔配置により制御可能であることも明らかにした.これらの実験結果およびこれまでのミリポアの実験結果とを併せて比較することで,膜透過量の他に膜近傍の濃度分布についても評価した.この成果は昨年度の国際会議で発表を行い,本年度に講演論文表彰を受けた.
温度場を考慮した濃度場の一様化に関する数値シミュレーションでは,自然対流が生じる臨界レイリー数を考慮し,また物理的な遮蔽空間を設けることで自然対流の発生を抑制し,種結晶周りの濃度場がほぼ一様な条件を作り出すことができた.本成果は現在まとめており,国際学術雑誌に投稿予定である.

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (7 results)

All 2020

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] Law of the wall for a temporally evolving vertical natural convection boundary layer2020

    • Author(s)
      Junhao ke、Nicholas Williamson、Steve W. Armfield、Stuart E. Norris、Atsuki Komiya
    • Journal Title

      Journal of Fluid Mechanics

      Volume: 902 Pages: A31

    • DOI

      10.1017/jfm.2020.621

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Optical Method for Simultaneous High-Resolution Measurement of Heat and Fluid Flow: The Case of Rayleigh-B?nard Convection2020

    • Author(s)
      Juan F. Torres、Yongling Zhao、Shuqi Xu、Zhengyu Li、Atsuki Komiya
    • Journal Title

      Physical Review Applied

      Volume: 14 Pages: 054038

    • DOI

      10.1103/PhysRevApplied.14.054038

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Experimental Evaluation of Objective Function for Perdition of IR Camera's Sensitivity2020

    • Author(s)
      Takuma Kogawa, Junnosuke Okajima, Atsuki Komiya and Shigenao Maruyama
    • Organizer
      20th International Symposium on Advanced Fluid Information (AFI-2020)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Integral Modelling of an Unsteady Natural Convection Boundary Layer2020

    • Author(s)
      Junhao Ke, Nicholas Williamson, Steven W. Armfield and Atsuki Komiya
    • Organizer
      20th International Symposium on Advanced Fluid Information (AFI-2020)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Quantitative Visualization of Flow Bifurcation in Laminar Rayleigh-Bénard Convection with Combined PSI and PIV2020

    • Author(s)
      Shuqi Xu, Yongling Zhao, Atsuki Komiya and Juan Felipe Torres Alvarez
    • Organizer
      20th International Symposium on Advanced Fluid Information (AFI-2020)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effect of Micropores Patterning in Separated Plate on Protein Hindered Diffusion Phenomena2020

    • Author(s)
      Atsuki Komiya, Ryo Watanabe, Yuki Kanda, Juan Felipe Torres Alvarez and Sebastien Livi
    • Organizer
      20th International Symposium on Advanced Fluid Information (AFI-2020)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] マイクロ細孔を利用したタンパク質の物質拡散制御の可能性評価2020

    • Author(s)
      渡邉崚, Juan Felipe Torres Alvarez, 神田雄貴, 小宮敦樹
    • Organizer
      日本機械学会熱工学コンファレンス2020

URL: 

Published: 2021-12-27  

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