2019 Fiscal Year Annual Research Report
微小ガラス電極による不均一イオン流動場の計測と μイオンクロマトグラフィの開発
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18H01372
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
土井 謙太郎 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (20378798)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川野 聡恭 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (00250837)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 分子流体力学 / 電気流体力学 / イオン電流 / イオンクロマトグラフィ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，微視的スケールの流体現象に関する学術深化と新奇流体計測技術の創出を目指し，「イオンで流れを創り」，「イオンで流れを測る」ための原理を確立することを目的としている．液中のイオン輸送が周囲溶媒の流動を引き起こす電気流体力学流れをはじめとするマイクロ・ナノスケールの微視的な流体現象を具現化し，微小ガラス電極を用いた流体計測手法を提案するとともに，不均一イオン流動場を利導したμイオンクロマトグラフィへと応用を図る．
令和元年度は，前年度に作製した微小ガラス電極を2本束ねて2連管とし，そこに電解質溶液と緩衝液を調整して充填することにより，液中の局所的なpHの計測に成功した．前年度に確立した，液中の電場と濃度場の計測を可能としたことから，その原理を発展させることにより，実現した成果である．従来のpH計測では，平衡状態を計測するために，液が平衡状態にあることと，計測にある程度の時間を要していたが，本研究で開発した方法は，微小電流環境下で導電率を計測することによるものであることから，短時間に安定した計測が可能であることが示された．また，液のpHを定量的に評価することができたことから，つまりは，プロトン濃度の定量評価が可能となったことから，今後の発展として，電解質イオンの識別の可能性が示唆された．これに並行して，マイクロ・ナノ流路中の流動場，濃度場，pHを計測するために，微小ガラス電極の原理を埋め込んだ流路の設計製作に取り組み，線幅100 nmのプローブ用ナノ流路が完成した．
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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
当初の目標である「イオンで流れを創り」，「イオンで流れを測る」について，両面で進展が見られた．特に，液中の濃度場や電場を計測するために開発を進めてきた微小ガラス電極によって，pHの計測を実現したことは，想定外の成果であった．また，流動を生成・計測するためのマイクロ・ナノ流路の作製が進んでいることが挙げられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は，研究課題の最終年度にあたるため，これまでの研究成果を統合してその集大成を測る．マイクロ・ナノ流路中の局所電場，濃度場，pHの計測に挑戦し，最終的には，電解質イオンの識別を目標としたデバイスの作製を行う．電子線描画装置を用いた微細加工により，マイクロ流路中にプローブ用のナノ流路を配置する構造を設計製作する．それとともに，現象を理解するための理論モデルの構築を進める．マイクロ・ナノ流路中に見られる現象には，未解明の部分も多く本研究においても従来モデルでは理解されない結果が得られていることから，理論的な究明も重要な課題である．
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