2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of local viscoelasticity measurement using rotational behavior of magnetic nanoparticle under alternating magnetic field
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21K05112
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
諏訪 雅頼 大阪大学, 理学研究科, 助教 (90403097)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 磁気ナノ粒子 / 交流磁場 / 力学プローブ / 磁気誘起光学異方性 / 動的磁化測定 / 局所粘弾性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、「複雑流体の局所的な粘弾性はマクロな粘弾性とどのように異なるか」を明らかにする手法を開発するため、交流磁場下における磁気ナノ粒子（MNP）の磁気直線二色性（MLD）変化と磁化応答を利用した局所粘弾性測定法の開発を目的としている。MLDはMNP自体の運動を、磁化応答はMNPの磁気モーメントの運動を観測することが可能であり、両者の同時観測によりMNP周囲の局所的な力学特性を調査可能と期待している。2021年度は、以下のように装置開発を中心に研究を進めた。
①交流磁場内におけるMLDの高感度測定装置の構築を行った。バイポーラ電源と自作の空芯コイルを用い、周波数範囲がDC ~ 50kHz、振幅が最大50 mTの交流磁石を作製した。この交流磁石と既存のMLD測定装置およびロックインアンプを用い、高感度測定を達成した。水中では10 ng/mLの低濃度でMNPを検出することが可能である。また、MLDの周波数分散の測定プログラムも構築した。MNP分散液のMLD周波数分散はデバイ型の緩和曲線を示した。実験で得られた緩和時間と粘性率の間に良い比例関係が見出された。
②交流磁場下における磁気直線複屈折（MLB）測定装置を開発した。既存のMLD測定装置の光源を波長785 nm近赤外レーザー光とし、MLBによる偏光状態の変化を観測した。交流磁場下におけるMLBとMLDの時間変化は良く一致し、MLBもMNP自体の運動を反映することが分かった。MLDで用いていた波長405nmの光では、夾雑物による散乱や吸収の影響が大きかった試料でも、MLBでは容易に測定可能と考えられる。
③磁化測定装置を試作した。試料の磁化を測定するピックアップコイルと、磁場による誘導起電力を補償するためのコイルを磁石内に設置した。これにより、1 kHz ~ 50 kHzの範囲でMNP分散液の磁化を測定できた。今後さらなる高感度化に向け、コイル径や巻き数の最適化を行い、ロックインアンプも試用する。
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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
上記の装置開発はR4年度上半期に完了する予定であったが、ほぼ目標は達成している。また、ハイドロゲル中やリポソーム内、濃厚MNP溶液内など他の方法では測定できない局所粘性測定を試みつつあり、おおむね順調に進んでいると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
装置構築について、磁化測定については改良の余地がある。ロックインアンプの使用により、低周波数範囲DC ~ 1 kHzの範囲を高感度に測定可能とする。
試料として、テレケリックポリマーである疎水性エトキシ化ウレタンによる会合性ハイドロゲルを用いる予定である。MNPの表面修飾やサイズ依存性に注目し、ゲルネットワークから受ける抵抗がどのように変化するか系統的に調査する。
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| Causes of Carryover |
当初、出力の大きなバイポーラ電源（BP4620）を購入予定であったが、デモ機を用いて検討した結果、下位機種のBP4610でも計画を遂行可能であることが分かった。これにより支出が抑えられ、繰越金が発生した。2022年度より磁気ナノ粒子の合成や表面修飾を行う予定であり、試薬やガラス器具に繰越金を使用する予定である。
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Research Products
(7 results)
