2013 Fiscal Year Annual Research Report
ナノチャネル異方性電気二重層空間における超解像流動計測
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24686024
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
嘉副 裕 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20600919)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | マイクロ・ナノデバイス / 流体 / 流体工学 |
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| Research Abstract |
本研究では、従来の流体の計測法に近接場光学と化学の方法論を融合させて、ナノ空間の流動解明に向けて光の回折限界を超える超高空間分解能流動計測法を創出することを目的とする。具体的には、エバネッセント光を用いた流速分布計測法を開発し、更にナノ空間のイオン分布や表面の化学的特性を明らかにした上でナノトレーサの機能を最適化する。これを用いて、ナノ流路内の圧力駆動流の計測を行う。
平成25年度は、開発した計測法について誤差要因などを考察し、更なる分解能向上に向けて方法論を検証した。前年度は計測法を開発し、64 nmの蛍光ポリスチレン粒子を用いた計測を行った。しかし、粒子のサイズおよび流路内の粒子分布のため壁近傍の分解能が不足していた。そこで、より小さなナノ粒子を利用すべく、蛍光ポリスチレン粒子および金ナノ粒子を用いて検討実験を行った。その結果、蛍光ポリスチレン粒子では時間分解能は低いものの20 nm粒子でも十分なS/B比の測定ができた。一方、金ナノ粒子では高い時間分解能を達成できたが、散乱光検出であるため40 nmより小さい粒子ではS/B比が著しく低かった。このことから、可能な限り小さな蛍光ナノ粒子を用いて、空間分解能と時間分解能が両立できるように計測法を最適化することが必要であることが判った。また、流路表面－粒子相互作用を検証するために、カルボキシル基が付加された蛍光粒子の径を20-100 nmで変化させてナノ流路への粒子溶液導入実験を行った。その結果、深さ230 nmのナノ流路のとき、溶液のイオン濃度を変化させてもバルクの粒子濃度に対して最大で13%の粒子しか導入されなかった。これは、従来の界面化学における電気二重層の効果に加えて、ナノ流路入口において粒子を除外する何らかの効果が働いていることを意味している。次年度はこれらの要因を考慮した上で引き続き方法論を検討する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の計画では、平成25年度までにナノ空間のイオン分布や表面物性がナノトレーサ粒子を用いた流動計測法に及ぼす影響を明らかにして、ナノトレーサ粒子のサイズや表面を最適化する方法を開発する予定であった。
それに対して、蛍光や散乱光などの粒子検出法の検討やナノ流路における粒子挙動の評価を実施し、ナノトレーサ粒子を用いた方法論の最適化に向けた基礎的な知見を得ることができた。一方で、抽出した課題を踏まえてこれを解決する方法論を提案するには至らなかった。その要因としては、ナノ流路にナノ粒子を導入することが当初予想していたよりも困難であったことが挙げられる。これについては、溶液だけでなくナノ流路の幅や深さと粒子導入効率のとの関係を明らかにして、粒子導入が阻害される要因を考察する必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
以上で挙げた問題点を踏まえ、平成26年度は引き続き流動計測に用いるナノトレーサ粒子の検討に取り組み、これを踏まえて計測法を確立する。
前年度に引き続きナノトレーサ粒子の検討を行う。ナノ流路への粒子溶液導入実験を引き続き行い、粒子のサイズ・表面物性と導入効率の関係を明らかにして、導入が阻害される要因を明らかにする。また、蛍光粒子について、ポリスチレン粒子だけでなく量子ドットや蛍光分子も検討していく。
一方で、数10 nmオーダのトレーサ粒子を計測に用いた際に想定される誤差を定量的に評価し、これらを解決する方法論を確立する。エバネッセント波によるナノ粒子からの蛍光を撮像した蛍光画像をモンテ・カルロシミュレーションによって再現し、誤差を検証する。粒子サイズのばらつきやブラウン運動、流路内の粒子分布による計測誤差を評価し、これを踏まえて最適な条件における時間分解能・空間分解能を見積もる。
以上の検討事項にもとづき、最適条件においてナノ流路の流動計測を行う。得られた結果を平成24年度の結果と比較し、計測誤差を考慮して見出される現象を考察する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成26年3月にナノ流路への粒子導入実験のための試薬を購入予定であったが、2月19日に東京大学工学系研究科において事故があり、安全対策のためその後2週間ほど実験が禁止となった。そのため、当初予定していた実験を実施することができず、試薬の購入のための予算が未執行となった。
当初予定していた実験を平成26年度に改めて実施する。その際に、平成25年度に実施できなかった実験のための予算を執行する。
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Research Products
(20 results)
