2018 Fiscal Year Annual Research Report
１分子液滴アレイの創製による「１分子制御化学」の確立
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18H01848
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
許 岩 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90593898)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | １分子液滴 / １分子制御化学 / ナノ流体デバイス / Nano-in-Nano集積化 / １分子操作 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、代表者が独自のナノ流体デバイス技術を用いて世界に先駆けて実現したフェムト・アトリットル（fL~aL）極微量流体の自在制御技術をさらに進化して、わずかaL体積を有する１分子液滴のアレイの創製により、通常反応濃度μM溶液中の膨大な量の分子を１分子単位で計測、操作、反応を可能にするという代表者が提唱してきた１分子制御化学を確立することである。
平成３０年度は、本研究提案の技術基盤の一つである親水ナノアレイを有する疎水ナノ流路の作製手法の確立に取り組んだ。マイクロ流体デバイスなどを用いる従来の微小液滴の作製手法では、fL液滴の作製が限界であり、aL液滴（＝１分子液滴）を作製することはできない。また、ナノ流路では比表面積が極めて大きくなるため、マイクロ流路で行われるような液－液二相系エマルション原理に基づく微小液滴アレイの生成は困難である。これに対して本研究では、独自のNano-in-Nano集積化技術を用いて親水の金表面ナノアレイを有する疎水ナノ流路配列を作製し、液－気二相系原理に基づく１分子液滴アレイを作製する手法を提案した。まず、提案手法で親水ナノアレイを有する疎水ナノ流路を作製した。具体的には、接触角などの評価によりガラス基板上実験で最適化した溶媒、濃度、反応時間、洗浄方法などの条件を指針として、ナノ流路にいて実験を実施し、導入した水の挙動の顕微鏡観察、導入圧力評価などによって、実験手順と条件をさらに最適化し、親水ナノアレイを有する疎水ナノ流路の作製手法を確立した。
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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
平成３０年度は、研究実績の概要で述べたように、独自のNano-in-Nano集積化技術を用いて、本研究提案の技術基盤の一つである親水ナノアレイを有する疎水ナノ流路の作製手法の確立ができた。当初の計画の通りに研究内容を実施したことにより、当初の目的はほぼ達成しているため、本研究は現在までおおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成３１年度（２０１９年度）はナノ流路内液-気界面物理化学の解明と１分子液滴アレイ作製手法の確立に取り組む。
先に確立した親水ナノアレイを有する疎水ナノ流路を用いて、親水の金アレイ上に水（或いは水溶液）の液滴を形成するために、ナノ流路における液－気界面物理化学を把握しなければならない。導入する水と空気の割合、空気の導入法、界面を安定化するための操作を検討しながら、形成した液－気界面を顕微鏡で観察し、ナノ流路における安定的な液－気界面を形成させる物理化学条件を明らかにし、aL液滴アレイ（１分子液滴アレイ）の作製手法を確立する。基本構造を有するナノ流体チップを用いた場合、aLオーダー体積を有する液滴のアレイの生成を目指す。また、圧力によって導入するだけで液滴が生成できることが予測されているが、導入方法は他にも様々なものが考えられる。ここでは液滴、つまり気-液界面を作るため、振動法や炭酸水導入法などの手法、および熱を加える手法を用いてより良い気-液界面の構築法も模索する。
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