2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of functional fine bubble covered with molecular film for gas storage and release.
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19K04205
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| Research Institution | Sasebo National College of Technology |
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Principal Investigator |
田中 泰彦 佐世保工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (10512692)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
城野 祐生 佐世保工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (80353233)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ファインバブル / マイクロバブル / マイクロガストランスポーター / ガス収納とガス放出 / バブル安定化 / バブル機能化 / バブル発生の検出 / 分子吸着 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
バブル表面でイオンコンプレックス膜を形成することが可能な分子の２種類の組み合わせを探索しファインバブルの膜被覆の形成条件を調べた。まず，分子内に２本の疎水基（アルキル基）をもつジアルキルビロゲンを一層目に吸着させる有機分子として，ビオロゲン分子のアルキル鎖の長さ依存性を調べた結果，アルキル鎖の長さとバブル表面への吸着性の相関があることを明らかにした。次に，吸着させる有機分子の電荷を変えた実験において，一層目は正電荷分子（ビピリジニウム），二層目に負電荷分子（ポリスチレンスルホン酸イオン）の順で形成される膜被覆バブルはバブル同士の合一は見られないのに対して，一層目は正・負電荷の双性分子（ベタイン），二層目に正電荷分子（ポリアリルアミン）の場合は，膜被覆バブル同士の合一が観測された。この現象は，種類の異なるガスにより生成したバブルを分子膜被覆によりガス収納し，合一によりバブル内部でガス同士の反応させる次の計画への展開が期待できる。さらに，分子内に環構造の有無による被覆特性を調べた。分子内に環構造の持たない分子（ジアルキルジメチル四級アンモニウム）と，分子内の環構造の数の違う分子（ジアルキルビピリジニウムとモノアルキルピリジニウム）を用いた結果，環構造を有する方が膜被覆バブルの生成数が多い事が分かった。このことから，バブルを膜被覆するには，バブル表面に対して平行な平面となる環構造を有している分子ほど吸着現象が起こり易いため膜被覆バブルを多数形成したと現時点では考察している。この結果の断定にはさらなる分子種を変えた継続調査を行う。
また，形成した膜被覆バブルの高倍率光学顕微鏡観察画像の直径分布解析を行い，被覆分子の違いにより球状構造体の直径サイズの違いを確認したことから，被覆分子により膜被覆バブルの直径を制御できる可能性を示唆した。
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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
膜被覆ファインバブル作製の最適化条件の確立に取り組んできた。現時点では，被覆分子の疎水性および分子内電荷，この２つのパラメーターについて，それぞれ条件を変えて実験を行い，バブルの膜被覆に関する一定の指針を得ることが出来た。また，被覆分子の組み合わせにより，膜被覆バブル同士が一つになる，いわゆる「合一」現象を捉えることが出来た。これは予想外の結果であったが，この合一現象を利用した新たなアイデアをひらめいたので，そちらにも研究を展開していきたい。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の予定通り，膜被覆されたバブルの安定性の評価測定を行っていく。膜被覆によるバブルの安定性への影響を調べるために，膜被覆したバブルの粒径分布とその経時変化，および収縮・膨張特性を計測する。また，今年度の研究で得られた膜被覆バブル同士の合一について，そのメカニズムについて精査する。安定性の評価と並行して，膜中分子の酸化還元反応をトリガーとして，バブルを意図的に崩壊させる（ガス放出）機構の構築実験も行っていく。崩壊機構の組み込みにより，膜被覆したファインバブルを利用したマイクロガストランスポーターへと展開していく。
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| Causes of Carryover |
現在使用している所属機関にある既存のデジタル顕微鏡よりも倍率の高い製品が，本研究遂行にあたり必要になったため，当初購入予定であったゼータ電位測定装置を取り止め，次年度の予算に繰り越すこととした。ゼータ電位測定は他機関（九州大学，有明高専）の装置を利用して実施する。また，コロナウイルス感染症の感染予防対策のため参加予定の学会が中止，もしくはWeb開催となったため，旅費としての使用額の変更が生じた。コロナウイルス感染症の終息宣言後，次年度以降の学会に予定数以上に参加し研究成果を発表していく。
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