Translational Motion of Liquid Lubricants Tracked with Single Fluorophores
| Project/Area Number |
21K18935
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 32:Physical chemistry, functional solid state chemistry, and related fields
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
大西 洋 神戸大学, 理学研究科, 教授 (20213803)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| 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 / その場観察 / スピロビフルオレン / オペランド計測 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では固体に挟まれた潤滑油分子の並進運動を計測する。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よぶ）に極性化合物（同じく添加剤）を加えると格段に滑りが良くなる経験則にもとづいて実用潤滑油が製造販売されている。にもかかわらず、添加剤が滑りを良くするしくみは明らかでない。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滑りが良くなるのはなぜか？ 高校生が抱いても不思議のない問い分子科学の視点から答えることが研究の目的である。
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| 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。
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Report
(3 results)
Research Products
(31 results)
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[Presentation] Application of FM-AFM2022
Author(s)
Hirade, M.; Moriguchi, S.; Kogure, A.; Nakajima, H.; Onishi, H.
Organizer
14th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices ’22 (ALC’22)
Related Report
Int'l Joint Research / Invited
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