微小液/液界面を利用した新規な反応・分析法の展開

• 研究課題/領域番号: 13853004
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 分離・精製・検出法
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 喜多村 昇 北海道大学, 大学院・理学研究科, 教授 (50134838)
• 研究分担者: 石坂 昌司 北海道大学, 大学院・理学研究科, 助手 (80311520) ; 坪井 泰之 北海道大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (00283698)
• 研究期間 (年度): 2001 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 115,310千円 (直接経費: 88,700千円、間接経費: 26,610千円); 2005年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円); 2004年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円); 2003年度: 13,390千円 (直接経費: 10,300千円、間接経費: 3,090千円); 2002年度: 46,150千円 (直接経費: 35,500千円、間接経費: 10,650千円); 2001年度: 39,520千円 (直接経費: 30,400千円、間接経費: 9,120千円)
• キーワード: 液 / 液界面 / マイクロチャンネル / 全反射蛍光 / 光化学 / 光ダイナミクス / 微小油滴 / エマルション / マイクロ分析化学 / 微小液滴

研究概要

マイクロチャンネル中における単一微小油滴の化学の展開:昨年度に引き続き、顕微鏡下における集光レーザー光により誘起される単一微小油滴形成とそのレーザー捕捉・分光計測に基づく新規な分析法の開拓を行い、大きな成果を得た。昨年度においてはトリエチルアミン(TEA)水溶液系における単一TEA油滴形成と、それによるp-クロロフェノール(CP)の濃縮を顕微ラマン分光法により明らかにしたが、ラマン分光法は高感度分析の観点から好ましくない。そこで、本年度は、1-ブタノール(BuOH)水溶液を用い、蛍光色素の油滴中への濃縮を顕微蛍光法から明らかにした。BuOH水溶液に集光1064nmレーザー光を照射することにより、TEA水溶液系と同様に単一油滴を形成可能であるとともに、蛍光色素が油滴中に分配する過程を直接測定することに成功した。また、顕微ラマン方では10^<-2>M程度であった分析の検出限界を、蛍光法を用いることにより10^<-8>Mまで改善することができた。さらに、この系をマイクロチャンネルに応用した。マイクロチャンネル中にBuOH水溶液を送液しながら集光レーザー光を照射することにより、単一BuOH油滴を形成する。通常の場合では、生成油滴は溶液の流れにより系外へ放出されるが、流れの中でレーザー捕捉することにより生成油滴を保持することができることを示した。これにより、生成油滴中に蛍光色素を安定かつ連続的に分配・濃縮可能であることを明らかにするとともに、連続分析のための種々の要因を解明した。

研究成果

• [雑誌論文] A Spectroscopic and Photophysical Study on Molecular Recognition via Hydrogen-Bonding and π-π Stacking Interactions (2005)
  • 著者名/発表者名: 喜多村 〓
  • 雑誌名: Photochemical and Photobiological Sciences 4・1 ページ: 135-142
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Reductive Photocyanation of 1, 10-Phenanthroline in Aqueous Media (2005)
  • 著者名/発表者名: 喜多村 〓
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology, A : Chemistry 174・2 ページ: 149-155
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Spectroscopic and Excited-State Properties of Tri-9-anthrylborane II : Electroabsorption and Electrofluorescence Spectra (2005)
  • 著者名/発表者名: 喜多村 〓
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry A 109・33 ページ: 7435-7441
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Laser-Induced Liquid-to-Droplet Extraction of Chlorophenol : Photo-Thermal Phase Separation of Aqueous Triethylamine Solutions (2005)
  • 著者名/発表者名: 喜多村 〓
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 77・18 ページ: 6055-6061
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A Spectroscopic and Photophysical Study on Molecular Recognition via Hydrogen-Bonding and π-π Stacking Interactions. (2005)
  • 著者名/発表者名: N.Kitamura, Y.Suzuki, S.Ishizaka
  • 雑誌名: Photochemical and Photobiological Sciences 4-1 ページ: 135-142
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Reductive Photocyanation of 1,10-Phenanthroline in Aqueous Media. (2005)
  • 著者名/発表者名: N.Kitamura, A.Kita, F.Kitagawa
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology, A : Chemistry 174-2 ページ: 149-155
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Spectroscopic and Excited-State Properties of Tri-9-anthrylborane II : Electroabsorption and Electrofluorescence Spectra. (2005)
  • 著者名/発表者名: N.Kitamura, E.Sakuda, T.Yoshizawa, T.Iimori, N.Ohta.
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry A 109-33 ページ: 7435-7441
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Laser-Induced Liquid-to-Droplet Extraction of Chlorophenol: Photo-Thermal Phase Separation of Aqueous Triethylamine Solutions. (2005)
  • 著者名/発表者名: N.Kitamura, M.Yamada, S.Ishizaka, K.Konno
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 77-18 ページ: 6055-6061
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A Spectroscopic and Photophysical Study on Molecular Recognition via Hydrogen-Bonding and π-π Stacking Interactions (2005)
  • 著者名/発表者名: 喜多村 昇
  • 雑誌名: Photochemical and Photobiological Sciences 4・1 ページ: 135-142
• [雑誌論文] Reductive Photocyanation of 1,10-Phenanthroline in Aqueous Media (2005)
  • 著者名/発表者名: 喜多村 昇
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology, A : Chemistry 174・2 ページ: 149-155
• [雑誌論文] 時間分解全反射蛍光法を用いた液/液界面における分子間相互作用に関する研究 (2005)
  • 著者名/発表者名: 喜多村 昇
  • 雑誌名: 分析化学 54・5 ページ: 339-346
• [雑誌論文] 水/1,2-ジクロロエタン界面における6-ヒドロキシピレン-スルホン酸の励起状態プロトン移動ダイナミクス (2005)
  • 著者名/発表者名: 喜多村 昇
  • 雑誌名: 分析化学 54・6 ページ: 473-478
• [雑誌論文] Spectroscopic and Excited-State Properties of Tri-9-anthrylborane II : Electroabsorption and Electrofluorescence Spectra (2005)
  • 著者名/発表者名: 喜多村 昇
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry A 109・33 ページ: 7435-7441
• [雑誌論文] Laser-Induced Liquid-to-Droplet Extraction of Chlorophenol : Photo-Thermal Phase Separation of Aqueous Triethylamine Solutions (2005)
  • 著者名/発表者名: 喜多村 昇
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 77・18 ページ: 6055-6061
• [雑誌論文] Time-Resolved Total Internal reflection Fluorescence Study on Hybridization of Complementary Single-Strand DNAs at a Water/Oil Interface (2004)
  • 著者名/発表者名: 石坂 昌司
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 76・17 ページ: 5075-5079
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] One-Step Electrochemical Cyanation Reaction of Pyrene in Polymer Microchannel-Electrode Chips (2004)
  • 著者名/発表者名: 上野 貢生
  • 雑誌名: Bulletin of Chemical Society of Japan 77・7 ページ: 1331-1339
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Photoinduced Redox Cycle of Riboflavin at a Water/Oil Interface (2004)
  • 著者名/発表者名: 石坂 昌司
  • 雑誌名: Analytical Sciences 20・11 ページ: 1587-1592
  • NAID: 10013773795
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Time-Resolved Total Internal reflection Fluorescence Study on Hybridization of Complementary Single-Strand DNAs at a Water/Oil Interface. (2004)
  • 著者名/発表者名: S.Ishizaka, Y.Ueda, N.Kitamura
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 76-17 ページ: 5075-5079
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] One-Step Electrochemical Cyanation Reaction of Pyrene in Polymer Microchannel-Electrode Chips. (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Ueno, F.Kitagawa, N.Kitamura
  • 雑誌名: Bulletin of Chemical Society of Japan 77-7 ページ: 1331-1339
  • NAID: 10013278822
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Photoinduced Redox Cycle of Riboflavin at a Water/Oil Interface. (2004)
  • 著者名/発表者名: S.Ishizaka, N.Kitamura
  • 雑誌名: Analytical Sciences 20-11 ページ: 1587-1592
  • NAID: 10013773795
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Fluorescent Crystalloluminescence of N-Isopropylcarbazole (2004)
  • 著者名/発表者名: 坪井 泰之
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry B 108・9 ページ: 2822-2826
• [雑誌論文] An Application of Plastic Microchannel-Microheater Chip to a Thermal Synthetic Reaction (2004)
  • 著者名/発表者名: 喜多村 昇
  • 雑誌名: Analytical Sciences 20・5 ページ: 783-786
  • NAID: 10012941503
• [雑誌論文] Time-Resolved Total Internal Reflection Fluorescence Study on Hybridization of Complememtary Single-Strand DNAs at a Water/Oil Interface (2004)
  • 著者名/発表者名: 石坂 昌司
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 76・17 ページ: 5075-5079
• [雑誌論文] One-Step Electrochemical Cyanation Reaction of Pyrene in Polymer Microchannel-Electrode Chip (2004)
  • 著者名/発表者名: 上野 貢生
  • 雑誌名: Bulletin of Chemical Society Japan 77・7 ページ: 1331-1339
• [雑誌論文] Characteristic Electrochemical Responses of Polymer Microchannel-Microelectrode Chips (2003)
  • 著者名/発表者名: 上野 貢生
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 75・9 ページ: 2086-2091
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Optical Trapping-Chemical Analysis of Single Microparticles in Solution (2003)
  • 著者名/発表者名: 喜多村 〓
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology, A : Chemistry 4・3 ページ: 227-247
  • NAID: 10011873770
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Direct Observation of Molecular Recognition Mediated by Triple Hydrogen Bonds at a Water/Oil Interface : Time-Resolved Total Internal Reflection Fluorometry Study (2003)
  • 著者名/発表者名: 石坂 昌司
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 75・22 ページ: 6035-6042
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A Study on Perylene Cation Radical in Polymer Microchannel-Microelectrode Chip (2003)
  • 著者名/発表者名: 上野 貢生
  • 雑誌名: Analyst 128・12 ページ: 1401-1405
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Characteristic Electrochemical Responses of Polymer Microchannel-Microelectrode Chips. (2003)
  • 著者名/発表者名: K.Ueno, H.-B.Kim, N.Kitamura
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 75-9 ページ: 2086-2091
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Optical Trapping-Chemical Analysis of Single Microparticles in Solution. (2003)
  • 著者名/発表者名: N.Kitamura, F.Kitagawa
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology, A : Chemistry 4-3 ページ: 227-247
  • NAID: 10011873770
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Direct Observation of Molecular Recognition Mediated by Triple Hydrogen Bonds at a Water/Oil Interface: Time-Resolved Total Internal Reflection Fluorometry Study. (2003)
  • 著者名/発表者名: S.Ishizaka, S.Kinoshita, Y.Nishijima, N.Kitamura
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 75-22 ページ: 6035-6042
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A Study on Perylene Cation Radical in Polymer Microchannel-Microelectrode Chip. (2003)
  • 著者名/発表者名: K.Ueno, N.Kitamura
  • 雑誌名: Analyst 128-12 ページ: 1401-1405
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A Laser Trapping-Spectroscopy Study on Photocyanation of Perylene across Single Micrometer-Sized Oil Droplets/Water Interface : Droplet-Size Effects on Photoreaction Quantum Yield (2002)
  • 著者名/発表者名: 北川 文彦
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 4・18 ページ: 4495-4503
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Photocyanation of Pyrene across an Oil/Water Interface in a Polymer Microchannel Chip (2002)
  • 著者名/発表者名: 上野 貢生
  • 雑誌名: Lab on a Chip 4 ページ: 231-234
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A Laser Trapping-Spectroscopy Study on Photocyanation of Perylene across Single Micrometer-Sized Oil Droplets/Water Interface : Droplet-Size Effects on Photoreaction Quantum Yield. (2002)
  • 著者名/発表者名: F.Kitagawa, N.Kitamura
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 4-18 ページ: 4495-4503
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Photocyanation of Pyrene across an Oil/Water Interface in a Polymer Microchannel Chip. (2002)
  • 著者名/発表者名: K.Ueno, F.Kitagawa, N.Kitamura
  • 雑誌名: Lab on a Chip 4 ページ: 231-234
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Time-Resolved Total Internal reflection Fluorometry Study on Polarity at Liquid/Liquid Interface (2001)
  • 著者名/発表者名: 石坂 昌司
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 73・11 ページ: 2421-2428
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Time-resolved Total Internal Reflection Fluorometry Study on Chemical and Structural Characteristics at Water/Oil Interfaces (2001)
  • 著者名/発表者名: 石坂 昌司
  • 雑誌名: Bulletin of Chemical Society of Japan 74・11 ページ: 1983-1998
  • NAID: 10009166503
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Time-Resolved Total Internal reflection Fluorometry Study on Polarity at Liquid/Liquid Interface. (2001)
  • 著者名/発表者名: S.Ishizaka, H.-B.Kim, N.Kitamura
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 73-11 ページ: 2421-2428
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Time-resolved Total Internal Reflection Fluorometry Study on Chemical and Structural Characteristics at Water/Oil Interfaces. (2001)
  • 著者名/発表者名: S.Ishizaka, N.Kitamura
  • 雑誌名: Bulletin of Chemical Society of Japan 74-11 ページ: 1983-1998
  • NAID: 10009166503
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A Study on Liquid-Liquid Extraction into Single Picoliter Droplets and in Situ Electrochemical Microanalysis (2000)
  • 著者名/発表者名: 中谷 清治
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 77・2 ページ: 339-342
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Microinjection-Microspectroscopy of Single Oil Droplets in Water : An Application to Liquid/Liquid Extraction under Solution-Flow Conditions (2000)
  • 著者名/発表者名: 小木 修
  • 雑誌名: Journal of Electroanalytical Chemistry 494・1 ページ: 41-46
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Kinetic Analysis of Electrochemically-Induced Ion Transfer across a Single Microdroplet/Water Interface (2000)
  • 著者名/発表者名: 照井 教文
  • 雑誌名: Analytica Chimica Acta 418・2 ページ: 129-135
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A Study on Liquid-Liquid Extraction into Single Picoliter Droplets and In Situ Electrochemical Microanalysis. (2000)
  • 著者名/発表者名: K.Nakatani, M.Sudo, N.Kitamura
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 72-2 ページ: 339-342
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Microinjection-Microspectroscopy of Single Oil Droplets in Water : An Application to Liquid/Liquid Extraction under Solution-Flow Conditions. (2000)
  • 著者名/発表者名: O.Kogi, H.-B.Kim, N.Kitamura
  • 雑誌名: Journal of Electroanalytical Chemistry 494-1 ページ: 41-46
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Kinetic Analysis of Electrochemically-Induced Ion Transfer across a Single Microdroplet/Water Interface. (2000)
  • 著者名/発表者名: N.Terui, K.Nakatani, N.Kitamura
  • 雑誌名: Analytica Chimica Acta 418-2 ページ: 129-135
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] Interfacial Nanochemistry(分担執筆) (2005)
  • 著者名/発表者名: 喜多村 昇
  • 総ページ数: 321
  • 出版者: Kluwer Academic/Plenum Publishers
• [文献書誌] 上野 貢生: "Channel Shape Effects on Solution-Flow Characteristics and Liquid/Liquid Extraction Efficiency in Polymer Microchannel Chips."Analytical Sciences. 19(3). 391-394 (2003)
• [文献書誌] 上野 貢生: "Characteristic Electrochemical Responses of Polymer Microchannel-Microelectrode Chips."Analytical Chemistry. 75(9). 2086-2091 (2003)
• [文献書誌] 喜多村 昇: "Thermal Phase Transition of an Aqueous Poly (N-isopropylacrylamide) Solution in a Polymer Microchannel-Microheater Chip."Langmuir. 19(20). 8484-8489 (2003)
• [文献書誌] 喜多村 昇: "Optical Trapping-Chemical Analysis of Single Microparticles in Solution."Journal of Photochemistry and Photobiology, C. 4(3). 227-247 (2003)
• [文献書誌] 石坂 昌司: "Direct Observation of Molecular Recognition Mediated by Triple Hydrogen Bonds at a Water / oil Interface : Time-Resolved Total Internal Reflection.Fluorometry Study"Analytical Chemistry. 75(22). 6035-6042 (2003)
• [文献書誌] 上野 貢生: "A Spectroelectrochemical Study on Perylene Cation Radical in Polymer Microchannel-Microelectrode Chip."Analyst. 128(12). 1401-1405 (2003)
• [文献書誌] 喜多村 昇: "光とナノテクノロジー(分担執筆)"クバプロ. 2006 (2002)
• [文献書誌] 北川 文彦: "Laser Trapping-Picosecond Fluorescence Microspectroscopy of Single Microdroplets under High Pressure : Droplet-Size and Pressure Effects"Bulletin of Chemical Society Japan. 74(4). 705-709 (2002)
• [文献書誌] 千葉 真弘: "Photochemical Ion Receptor Based on Strucurally-Distorted Ruthenium(II) Complex Having Crown-Ether Moiety at 3,3'-Positionson 2,2'-Bipyridine Ligand"Analytical Sciences. 18(4). 461-466 (2002)
• [文献書誌] 北川 文彦: "A Mechanistic Study on Photocyanation of Pyrene in Oil-in-Water Emulsion System"Journal of Organic Chemistry. 67(8). 2524-2531 (2002)
• [文献書誌] 千葉 真弘: "Spectroscopic and Photophysical Responses of Ruthenium(II) Dication-Calix[4]arenetetrasulfonate Hybrid Complex upon Ion Binding"Journal of Photochemistry and Photobiology, A : Chemistry. 151(1/3). 67-74 (2002)
• [文献書誌] 小木 修: "Chemical Responses of Single Yeast Cells Studied by Fluorescence Microspectroscopy under Solution-Flow Conditions"The Analyst. 127(7). 967-971 (2002)
• [文献書誌] 上野 貢生: "Photocyanation of Pyrene across an Oil/Water Interface in a Polymer Microchannel Chip"Lab on a Chip. 2002(4). 231-234 (2002)
• [文献書誌] 羽渕 聡史: "Water Structures in Ion-Exchange Resin Particles : Solvation Dynamics of Nile Blue A"Analytical Chemistry. 73(2). 366-372 (2001)
• [文献書誌] 石坂 昌司: "Time-Resolved Total Internal Reflection Fluorometry Study on Polarity at Liquid/Liquid Interface"Analytical Chemistry. 73(11). 2421-2428 (2001)
• [文献書誌] 千葉 真弘: "Ruthenium(II) Complex Having Crown-Ether Moiety at 3,3'-Positions on 2,2'-Bipyridine Ligand : Spectroscopic Responses Upon Ion Recognition"Chemistry Letters. 2001(7). 692-693 (2001)
• [文献書誌] 喜多村 昇: "Spectroscopic Evidence of Coorperative Binding of a Host in Molecular Hinge"Chemistry Letters. 2001(7). 720-721 (2001)
• [文献書誌] 北川 文彦: "Photocyanation of Pyrene in an Oil-in-Water Mlusion System"Chemistry Letters. 2001(8). 786-787 (2001)
• [文献書誌] 石坂 昌司: "Time-Resolved Total Internal reflection Fluorometry Study on Chemical and Structural Characteristics at Water/Oil Interfaces"Bulletin of Chemical Society Japan. 74(11). 1983-1998 (2001)