2018 Fiscal Year Annual Research Report
Optical surface tension measurement of single aerosol droplet
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18H03912
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
火原 彰秀 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (30312995)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福山 真央 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (40754429)
石坂 昌司 広島大学, 理学研究科, 教授 (80311520)
岡田 哲男 東京工業大学, 理学院, 教授 (20183030)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | エアロゾル / 光散乱 / レーザー分光法 / マイクロ流路 / 細胞培養 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、1．準弾性レーザー散乱（QELS）気液界面解析法の確立、2．100ナノメートルサイズ液滴トラップデバイスの作製、3．肺型マイクロチップ作製の準備、について並行して研究を推進した。
1．準弾性レーザー散乱（QELS）気液界面解析法の確立では、QELS法による液滴ピーク帰属の決定を行った。球面調和関数型共鳴を仮定したところ、ピーク周波数が理論値とよい一致を見せたため、液滴についての解析方針が確定した。本研究では、ピーク周波数から表面張力の時間変化を求めることも目的としている。本年度は、これまでに報告してきた円形開口気液界面を用いて、時間分解能の向上を目指して研究を進めた。その結果、5～10程度のスペクトルを平均化した後にフィッティングすることで、数ミリ秒の時間分解能が達成された。
2．100ナノメートルサイズ液滴トラップデバイスの作製では、市販のコーン型ミラーを鋳型として熱硬化ポリマー製カルデラ型ミラー素子を作製し、多方向から集光するデバイスを作製した。このミラー素子を顕微鏡下にセットし、アキシコンレンズを用いて円形に集光する条件で多方向集光を確認した。計画通りの集光は確認されたが、樹脂に金属膜を成膜すると表面があれて集光が最適でない現象が多く生じた。さらに改善して高い表面精度を実現することが求められる。
3．肺型マイクロチップ作製の準備では、マイクロチップ内細胞培養を過去の文献に従い行った。また、肺型チップ内で内皮細胞と上皮細胞を隔てる膜の作製方法を検討した。また、作製した膜により、上下2流路を隔てることを試みた。数センチの長い流路では流路を隔てることは困難であったが、1ミリ以下程度の長さであれば流路を隔てることができた。細胞培養までの準備が整ったと言える。
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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
全体計画のうち、準弾性レーザー散乱気液解析法については、当初計画通り球体試料の共鳴モードを明らかにした。液滴径その場計測のプログラムについては研究途上であるが、時間分解測定については、予定以上に研究が進み数ミリ秒の時間分解能を達成した。本手法は数ミクロン径の液滴で物質輸送をモニターできる唯一の手法であるが、その小ささ故に解析には、高い時間分解能が必要と考えられる。液滴径が変化しない条件で、マイクロ水滴を解析する準備が整ったといえる。予定よりも早く大気化学分野との連携が開始できる状況となった。新年度より議論を進めていく。
100ナノメートルサイズ液滴トラップデバイスの作製では、構想どおりアキシコンレンズとカルデラミラーを用いた光学系により、多方向から集光する光学セットアップを実現することができた。今後液滴トラップのためにはミラーの表面精度を上げていくという課題も明らかとなった。順調に進展していると言える。
肺型マイクロチップの作製準備では、従来法の再現を目的に加工技術取得を行ってきた。目標どおり加工技術を取得し、細胞培養により肺の機能が出ているかどうかのテストをする段階まできたと言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
環境中のエアロゾルを模倣した、単一マイクロ水滴実験について大気科学者との連携を深めていく。また、ナノサイズの単一水滴解析は、実験室レベルであっても実現していない挑戦的な技術であり積極的に技術開発・改善を進めていく。肺型チップを用いたエアロゾル解析では、肺機能の発現までを一区切りとし、エアロゾル実験との組合せを進めていく。
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