2021 Fiscal Year Annual Research Report
Proposal of Integrated Microwave Reactors in Microfluidics
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19K05142
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
内海 裕一 兵庫県立大学, 高度産業科学技術研究所, 教授 (80326298)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岸原 充佳 岡山県立大学, 情報工学部, 准教授 (50336905)
山口 明啓 兵庫県立大学, 高度産業科学技術研究所, 准教授 (70423035)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | マイクロ波 / マイクロ波加熱 / microfluidics / マイクロ化学システム / コンビナトリアル化学 / 導波路 / 有機合成 / 創薬 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では“マイクロ波化学チップ ”を用いた新規反応合成とシステムのコンビナトリアル化を推めている。本年度は以下の成果を得た。
①マイクロ波化学チップの反応効率の促進：加熱温度の向上のためにマイクロ波(24.15GHz)が照射される領域(アプリケーター)に定在派を生成した共振器型シングルモードの条件を電磁場解析シミュレーション用いて求め、アプリケータを含めた新たなマイクロ波化学チップ構造の最適化と試作を行った。シミュレーションの結果、大幅にエネルギー密度をアップすることが可能となり、マイクロ流路内の水が４Ｗのマイクロ波の入力で5秒で100℃まで急速に加熱可能なことを見出した。 また、マイクロ流路の厚さを最適化することによりマイクロ流体内の温度勾配を緩和することが昨年の数値解析結果によって分かったが、これを検証するためのチップの試作を行った。
②マイクロ波化学チップの作製精度を高めることによる加熱効率の向上
①に関連し、マイクロ波化学チップを構成するポスト壁導波路や流路の作製誤差を±5ミクロン程度に抑える手法を検討した。具体的にはポスト壁と流路の作製を放射光リソグラフィーとプロトタイピングを併用した方法を用いた結果、加熱の均一性を大幅に高め、加熱の上限温度を２～３割程度向上させることに成功した。
③反応ステップを有するマイクロ波化学システムの設計：マイクロ波加熱による化学反応に他の複数の単位化学操作を組み合わせた多段階反応ステップの化学チップの設計を引き続き行い特に触媒を担持あるいは保持したカラム構造の検討を行った。反応への適用としてマイクロ波化学システムを用いて金と銀のナノ粒子の作製に成功した。ルテニウム錯体合成を流路内の蛍光発光の2次元分布としてとらえることに成功した。さらに多段反応の応用として、根岸カップリング反応に対応したチップの試作を開始した。
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