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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Translational Motion of Liquid Lubricants Tracked with Single Fluorophores

Research Project

Project/Area Number 21K18935
Research InstitutionKobe University

Principal Investigator

大西 洋  神戸大学, 理学研究科, 教授 (20213803)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 手老 龍吾  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40390679)
松本 拓也  神戸大学, 工学研究科, 講師 (70758078)
天野 健一  名城大学, 農学部, 准教授 (30634191)
平山 朋子  京都大学, 工学研究科, 教授 (00340505)
Project Period (FY) 2021-07-09 – 2024-03-31
Keywords分子運動 / トライボロジー / エネルギー散逸 / 油性添加剤 / 蛍光顕微鏡 / 単一分子 / 表面界面 / 統計力学
Outline of Annual Research Achievements

本研究では潤滑油-固体界面における潤滑油分子の並進運動を解析した。現在世界中で使われている潤滑油は、蒸気圧の低い炭化水素液体(ポリオレフィンなど)に微量(0.01-0.1%)の極性化合物(長鎖脂肪酸など)を溶解した溶液である。炭化水素液体(機械工学では基油と呼ぶ)に極性化合物(同じく添加剤)を加えると摩擦係数が低下する経験にもとづいて実用潤滑油が製造されている。添加剤を加えても潤滑油の粘度は変化しないにもかかわらず摩擦係数が低下するのはなぜか? この問いに分子科学の視点から答えることが研究の最終目標である。機械工学と分子科学をつなぐ学際研究を進めるために大西洋(物理化学)・手老龍吾(生物物理学)・平山朋子(機械工学)・松本拓也(有機化学)・天野健一(統計力学)が協働するチーム研究を3年間おこなって以下の成果をあげた。
(1)水中生体膜の流動性計測に活用されてきた単一蛍光分子追跡法を潤滑油の分子運動計測に転用して、潤滑油とガラスの界面に捕捉された蛍光分子ひとつひとつによる点発光を光学顕微鏡による動画像として記録し、発光点数の変化を定量的に再現する数理モデルを構築した。
(2)潤滑油に溶解する蛍光マーカー化合物としてこれまで使用してきたBODIPY系化合物には焼尽(励起光照射によって蛍光マーカー化合物が壊れて蛍光を発しなくなること)が起こりやすい欠点があった。焼尽しにくいスピロビフルオレン系化合物をチーム内で有機化学合成し、蛍光顕微鏡による計測に利用した。
第53回(2022年秋季)応用物理学会において、本研究の成果「蛍光一分子観察法の固体-有機溶媒界面における分子挙動観察への応用」を筆頭著者として口頭発表した松下結依(豊橋技術科学大学大学院生)が講演奨励賞を受賞した。生体膜の計測評価に使われてきた手法を潤滑油研究に転用する本研究の挑戦性が肯定的に評価されたことを喜んでいる。

  • Research Products

    (16 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results) Remarks (5 results)

  • [Int'l Joint Research] マックスプランク研究所(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      マックスプランク研究所
  • [Journal Article] Nonadditivities of the Particle Sizes Hidden in Model Pair Potentials and Their Effects on Physical Adsorptions2023

    • Author(s)
      Amano Ken-ichi、Furukawa Satoshi、Kubo Yuto、Nakamura Yuka、Ishii Rina、Tanase Ayane、Maebayashi Masahiro、Hayashi Tomohiko、Nishi Naoya、Sakka Tetsuo
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 39 Pages: 12999~13007

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.3c00968

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Interaction between the substrate and probe in liquid metal Ga: experimental and theoretical analysis2023

    • Author(s)
      Amano Ken-ichi、Tozawa Kentaro、Tomita Maho、Takagi Riko、Iwayasu Rieko、Nakano Hiroshi、Murata Makoto、Abe Yousuke、Utsunomiya Toru、Sugimura Hiroyuki、Ichii Takashi
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 13 Pages: 30615~30624

    • DOI

      10.1039/D3RA04459A

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Atomic Force Microscopy in Organic Solvents2024

    • Author(s)
      Onishi, H.
    • Organizer
      Seminar in Peking University
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 蛍光一分子観察法の固体-有機溶媒界面への応用2023

    • Author(s)
      松下 結依, 山下 直輝, 平山 朋子, 天野 健一, 松本 拓也, 大西 洋, 手老 龍吾
    • Organizer
      第54回中部化学関係学協会支部連合秋季大会
  • [Presentation] Adsorption/desorption kinetics at hexadecane/solid interface investigated by fluorescence single molecule observation2023

    • Author(s)
      Yui Matsushita, Naoki Yamashita, Tomoko Hirayama, Ken-ichi Amano, Takuya Matsumoto, Hiroshi Onishi, Ryugo Tero
    • Organizer
      Annual Meeting of the Japan Society of Vacuum and Surface Science 2023
  • [Presentation] モデル粘度分布中における粒子の拡散挙動シミュレーション2023

    • Author(s)
      梶田 龍希, 天野 健一
    • Organizer
      第74回コロイドおよび界面化学討論会
  • [Presentation] 基板近傍における蛍光分子の拡散と褪色を考慮したシミュレーション2023

    • Author(s)
      梶田 龍希, 天野 健一
    • Organizer
      第45回溶液化学シンポジウム
  • [Presentation] AFM Characterization of Ice Films Immersed in Organic Solvents2023

    • Author(s)
      Yanagisawa, R.; Ueda, T.; Nakamoto, K.; Onishi, H.; Minato, T.
    • Organizer
      31st International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM31)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] AFM Characterization of Lubricant-TiO2(110) Interfaces2023

    • Author(s)
      Sakata, A.; Moriguchi, S.; Onishi, H.
    • Organizer
      Annual Meeting of the Japan Society of Vacuum and Surface Science 2023
  • [Presentation] AFM Characterization of Ice under Organic Solvents2023

    • Author(s)
      Yanagisawa, R.; Ueda, T.; Nakamoto, K; Onishi, H.; Minato, T.
    • Organizer
      Annual Meeting of the Japan Society of Vacuum and Surface Science 2023
  • [Remarks] 神戸大学理学研究科化学専攻 大西研究室

    • URL

      https://www.edu.kobe-u.ac.jp/sci-onishi/

  • [Remarks] 神戸大学理学研究科化学専攻 大西研究室(英語版)

    • URL

      https://www.edu.kobe-u.ac.jp/sci-onishi/index-E.html

  • [Remarks] 神戸大学理学研究科化学専攻 大西研究室(中国語版)

    • URL

      https://www.edu.kobe-u.ac.jp/sci-onishi/index-C.html

  • [Remarks] 神戸大学理学研究科化学専攻 大西研究室(韓国語版)

    • URL

      https://www.edu.kobe-u.ac.jp/sci-onishi/index-K.html

  • [Remarks] 神戸大学理学研究科化学専攻 大西研究室(タイ語版)

    • URL

      https://www.edu.kobe-u.ac.jp/sci-onishi/index-T.html

URL: 

Published: 2024-12-25  

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