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2014 Fiscal Year Research-status Report

1分子制御化学を実現する1分子液滴反応場の創成

Research Project

Project/Area Number 26630403
Research InstitutionOsaka Prefecture University

Principal Investigator

許 岩  大阪府立大学, 21世紀科学研究機構, 講師 (90593898)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2016-03-31
Keywords1分子液滴反応場 / 1分子制御化学 / アトリットル液滴 / ナノ流体デバイス
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は「1分子制御化学」の実現に向けて、超微量液体操作に適したナノ流体デバイスを用いて、1分子の輸送・混合・反応ができるようにするための1分子液滴反応場の創成である。ここで申請者が提案する「1分子制御化学」は、分子をビルディングブロックとして直接取り扱い、1分子単位で自由自在に輸送・混合・反応・分離する技術に基づく新たな化学である。この技術が実現すれば、多分子系を取り扱う従来の化学(または化学工学)の常識を覆す可能性もあり、本研究がこの究極のボトムアップ方法論に基づく新たな化学または分子科学の道を開く契機になることが期待される。
平成26年度は、1分子液滴反応場を実現するためのナノ流体チップを設計し、その作製に必要である電子ビームリソグラフィや、フォトリソグラフィなどのプロセスと条件を検討し、アトリットル(aL)液滴を形成可能なナノ流体チップの作製に成功した。また、チップ内にある金ナノ表面に疎水性自己組織化単分子膜(Self-Assembled Monolayer;SAM)を配列し、局所的疎水性表面を構築した。チップ内直接に評価することが困難であるため、その疎水性表面の評価は同じ条件で基板上に形成した疎水表面を利用して接触角や、AFM、XPSの測定によって行い、接触角110°程度、なめらかな疎水性表面が作成できたことを明らかにした。また、チップ内でナノ流路の液相-気相界面に働くラプラス圧の理論値を試算し、アトリットル液滴作製実験時の目安とした。さらに、十字ナノ流路の横流路からは超純水を導入、縦流路からは上下から空気を導入し、それぞれの圧力を制御しながらアトリットル液滴の作製条件を検討した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

平成26年度は、研究実績の概要で述べたように、1分子液滴反応場を実現するためのチップ作製に成功するとともに、ナノ流路内液相-気相界面の構築するための条件及びアトリットル液滴の作製条件を実験と理論計算の両方から明らかにすることができた。若干の方針の変更はあったものの、当初の目的はほぼ達成した。また、プロジェクトの目標をより早く実現するために、上述の当初の計画(static法)を推進しながら、新たなアトリットル液滴形成の方法(dynamic法)も提案して試した。Dynamic法では温度応答性の界面をナノ流路に構築し、温度変化でアトリットル液滴をスマート生成する。ナノ流路内にある金表面に固定できるチオール基を持つ温度応答性ポリマーの合成は、可逆的付加開裂連鎖移動(RAFT)重合により既に成功している。現在、このポリマーを利用して温度によりナノ流体制御と液滴の作製に取り込んでいるところである。以上に基づいて、平成26年度は、当初計画以上に進展していると言える。

Strategy for Future Research Activity

平成27年度は、アトリットル液滴生成ための液体切取り空気圧力と液滴制御ための作動圧力をさらに検討し、アトリットル液滴生成・制御の手法を確立する。次に、アトリットル液滴を用いた1分子液滴反応場の創成を目指す。1分子を含むアトリットル液滴生成を計算と実験の両面で検証することにより、1分子液滴反応場を作製する。順調に実現できれば、さらに、2つの1分子液滴の融合による1分子同士間の化学反応の実現と反応のキネティクスの解明に挑戦する予定である。

  • Research Products

    (11 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (8 results) (of which Invited: 3 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Site-Specific Nanopatterning of Functional Metallic and Molecular Arbitrary Features in Nanofluidic Channels2015

    • Author(s)
      Yan Xu, Nobuhiro Matsumoto, Qian Wu, Yuji Shimatani, Hiroaki Kawata
    • Journal Title

      Lab on a Chip

      Volume: 15 Pages: 1989-1993

    • DOI

      10.1039/C5LC00190K

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Site-Specific Functionalization of Nanofluidic Channels2015

    • Author(s)
      Xu Yan
    • Organizer
      International Workshop on Extended-Nanofluidics
    • Place of Presentation
      東京大学小柴ホール(東京)
    • Year and Date
      2015-03-26 – 2015-03-27
  • [Presentation] マイクロ・ナノ化学チップ技術の最前線2015

    • Author(s)
      許 岩
    • Organizer
      第12回NanoSquareカフェ
    • Place of Presentation
      大阪府立大学 I-site なんば(大阪)
    • Year and Date
      2015-03-07 – 2015-03-07
    • Invited
  • [Presentation] Functionalization of Nanofluidic Channels and its Application to NanoBio Sciences2015

    • Author(s)
      Xu Yan
    • Organizer
      Summit of Biomedical and Health Engineering (2015) of SIAT, CAS
    • Place of Presentation
      Shenzhen(China)
    • Year and Date
      2015-01-05 – 2015-01-05
    • Invited
  • [Presentation] Construction of Functional NanoBio Interfaces in Nanochannel Spaces2014

    • Author(s)
      Yan Xu
    • Organizer
      24th MRS-J
    • Place of Presentation
      Yokohama Media and Communications Center, Naka-ku, Yokohama, Kanagawa (Japan)
    • Year and Date
      2014-12-10 – 2014-12-12
  • [Presentation] ナノ流体スマート制御へ向けたチオール化温度応答性ポリマーの分子設計と合成、評価2014

    • Author(s)
      四宮未郷、原田敦史、許 岩
    • Organizer
      第36回日本バイオマテリアル学会大会
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀(東京)
    • Year and Date
      2014-11-17 – 2014-11-18
  • [Presentation] Smart Nanochannel based on a thiolated temperature-responsive polymer2014

    • Author(s)
      Misato Shinomiya, Atsushi Harada, Yan Xu
    • Organizer
      RSC Tokyo International Conference 2014
    • Place of Presentation
      幕張メッセ(千葉)
    • Year and Date
      2014-09-04 – 2014-09-04
  • [Presentation] マイクロ・ナノ界面の創製によるマイクロ・ナノ化学バイオシステムの研究2014

    • Author(s)
      許 岩
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第29回研究会
    • Place of Presentation
      日本女子大学目白キャンパス 桜楓2号館(東京)
    • Year and Date
      2014-05-22 – 2014-05-23
    • Invited
  • [Presentation] ナノ流路内自己組織化温度応答性界面によるナノ流体スマート制御2014

    • Author(s)
      四宮未郷、川田博昭、原田敦志、許岩
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第29回研究会
    • Place of Presentation
      日本女子大学目白キャンパス 桜楓2号館(東京)
    • Year and Date
      2014-05-22 – 2014-05-23
  • [Remarks] 許研究室HP

    • URL

      http://www.nanosq.21c.osakafu-u.ac.jp/ttsl_lab/y_xu/index.html

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 流路構造体および流路構造体の製造方法2014

    • Inventor(s)
      許岩
    • Industrial Property Rights Holder
      許岩
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2014-101461号
    • Filing Date
      2014-05-15

URL: 

Published: 2016-05-27  

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