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2015 Fiscal Year Annual Research Report

化学エネルギーで駆動される物質輸送界面の創成

Research Project

Project/Area Number 25708012
Research InstitutionYamagata University

Principal Investigator

並河 英紀  山形大学, 理学部, 教授 (30372262)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords反応拡散 / 化学波 / 非平衡
Outline of Annual Research Achievements

化学エネルギー駆動型システムの開発は、外部駆動源が必須の物理エネルギー駆動型の制約を取り除くのみならず、特異現象発現の可能性を有しており学術的関心が高い。例えば、マイクロ流路内での物質輸送では外部駆動源のポンプや電極などがシステムの微細化を妨げ、また、更なる微細化には流路内壁への分子吸着が輸送効率を低下させるため、既存の原理に依らない新奇な微小流路特有の方法論への転換が求められている。その中で、本研究では生体内の物質輸送機構である化学波を模倣することで、カーボンナノチューブなど極微小細線上での分子輸送も可能となる全く新奇な化学エネルギー駆動型の微小場分子輸送原理を提案する。特に本年度は、微小空間における化学波伝播による物質の輸送を担う流動現象の可視化ならびに駆動原理の明確化を行った。
具体的には、PDMS製マイクロ流路に流動現象を可視化するためのトレーサー粒子を添加した混合溶液を入れ、inletへ硫酸を滴下してpH波(化学波の一種)を発生させpH波および流動現象を観察した。pH波速度は、すべての流路幅において一定であり、流路幅依存性がないことが確認され、pH波は物質の反応速度および拡散係数により規定される反応拡散現象に起因していると示唆される。一方、流動速度は流路幅増大に伴い低下し、流動現象は流体の形状に依存した流体力学的効果に起因していると示唆された。以上より、本系は非平衡環境下の反応拡散場と流体力学的流動場が時空間的に組み合わさった特異的な場であることが明らかとなり、マイクロ流路内化学波による物質輸送現象の発現機構が流体力学的効果に起因することを明確化した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (14 results)

All 2016 2015

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Propagation Behaviors of Acid Wave Front Through a Microchannel Junction2015

    • Author(s)
      H. Nabika, T. Hasegawa, K. Unoura
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. B,

      Volume: 119 Pages: 9874-9882

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.5b04210

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Liesegang phenomena: Spontaneous pattern formation engineered by chemical reactions2015

    • Author(s)
      H. Nabika
    • Journal Title

      Curr. Phys. Chem.

      Volume: 5 Pages: 5-20

    • DOI

      10.2174/187794680501150908110839

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 化学反応速度により設計された反応拡散構造2016

    • Author(s)
      清水祐司郎; 鵜浦啓; 並河英紀
    • Organizer
      「ゆらぎと構造」第2回若手勉強会
    • Place of Presentation
      千葉
    • Year and Date
      2016-03-11 – 2016-03-11
  • [Presentation] pH振動子とプロトン化平衡の相互作用によるpH変化速度制御2016

    • Author(s)
      添田郁弥; 鵜浦啓; 並河英紀
    • Organizer
      「ゆらぎと構造」第2回若手勉強会
    • Place of Presentation
      千葉
    • Year and Date
      2016-03-11 – 2016-03-11
  • [Presentation] 光還元反応を用いた反応拡散パターンの形成2016

    • Author(s)
      松江雅世; 清水祐司郎; 鵜浦啓; 並河英紀
    • Organizer
      「ゆらぎと構造」第2回若手勉強会
    • Place of Presentation
      千葉
    • Year and Date
      2016-03-11 – 2016-03-11
  • [Presentation] Liesegang patterns produced by reduction reaction of metal ions2015

    • Author(s)
      H. Nabika, M. Sato, Y. Shimizu, K. Unoura
    • Organizer
      Pacifichem2015
    • Place of Presentation
      ホノルル(アメリカ)
    • Year and Date
      2015-12-18 – 2015-12-18
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] プロトン化平衡を利用した化学的非線形振動子の振動挙動制御2015

    • Author(s)
      添田郁弥; 鵜浦啓; 並河英紀
    • Organizer
      日本化学会東北支部山形地区講演会
    • Place of Presentation
      山形
    • Year and Date
      2015-10-31 – 2015-10-31
  • [Presentation] 非平衡場での銀イオン還元反応による反応拡散パターンの形成2015

    • Author(s)
      清水祐司郎; 鵜浦啓; 並河英紀
    • Organizer
      非平衡場での銀イオン還元反応による反応拡散パターンの形成
    • Place of Presentation
      旭川
    • Year and Date
      2015-10-03 – 2015-10-03
  • [Presentation] プロトン化平衡による非線形振動反応ダイナミクスの制御2015

    • Author(s)
      添田郁弥; 鵜浦啓; 並河英紀
    • Organizer
      第25回 非線形反応と協同現象研究会
    • Place of Presentation
      旭川
    • Year and Date
      2015-10-03 – 2015-10-03
  • [Presentation] アミノ酸と金属イオンの相互作用を利用した金属ナノ粒子周期パターン2015

    • Author(s)
      清水祐司郎; 鵜浦啓; 並河英紀
    • Organizer
      第66回コロイドおよび界面化学討論会
    • Place of Presentation
      鹿児島
    • Year and Date
      2015-09-12 – 2015-09-12
  • [Presentation] 化学的な非線形振動子の振動挙動制御2015

    • Author(s)
      添田郁弥; 鵜浦啓; 並河英紀
    • Organizer
      第66回コロイドおよび界面化学討論会
    • Place of Presentation
      鹿児島
    • Year and Date
      2015-09-12 – 2015-09-12
  • [Presentation] 化学者はどこまで自然に迫ることができるのか?~自然の自己組織化機構の理解と利用~2015

    • Author(s)
      並河英紀
    • Organizer
      第22回理工学研究科セミナー
    • Place of Presentation
      山形大学
    • Year and Date
      2015-05-26 – 2015-05-26
    • Invited
  • [Presentation] 還元反応に基づいた新奇リーゼガング現象の発現機構2015

    • Author(s)
      清水祐司郎; 鵜浦啓; 並河英紀
    • Organizer
      第13回ナノ学会
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2015-05-12 – 2015-05-12
  • [Presentation] 添加分子による非線形振動反応ダイナミクスの制御添加分子による非線形振動反応ダイナミクスの制御2015

    • Author(s)
      添田郁弥; 鵜浦啓; 並河英紀
    • Organizer
      第13回ナノ学会
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2015-05-12 – 2015-05-12

URL: 

Published: 2017-01-06  

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