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単一分子をトレーサとするナノチャネル時空間流動計測法の創成

研究課題

研究課題/領域番号 15H05507
研究種目

若手研究(A)

配分区分補助金
研究分野 流体工学
研究機関慶應義塾大学 (2018-2019)
東京大学 (2015-2017)

研究代表者

嘉副 裕  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (20600919)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
23,790千円 (直接経費: 18,300千円、間接経費: 5,490千円)
2018年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2017年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2016年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2015年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)
キーワード流体計測 / ナノチャネル / 単一分子 / エバネッセント波
研究成果の概要

様々な流体操作を微小化・集積化するマイクロ流体工学が急速に進展し、近年ではナノ流体工学へと展開している。本研究では、極小のナノ空間の流動現象を理解するために、流れの中の1分子の移動量から流速分布を計測する分子画像流速計(MIV)を提案した。サイズが制御された高分子であるデンドリマーを蛍光修飾したトレーサ分子を開発し、これをナノ流路における圧力駆動流の計測に応用した。本手法と得られた知見は、ナノ空間の流れと物質輸送の理解に寄与すると期待される。

研究成果の学術的意義や社会的意義

分析装置や医療診断機器、リアクター等の様々な流体システムの小型化・デバイス化が進み、微小空間の流体(液体、気体)の流れの理解が重要になっている。これまでに10μmのマイクロ空間の流れの研究が進んできたが、ナノ空間は極めて小さく研究が難しかった。本研究は、極小のナノ空間の流れを計測する新たな方法論を提案し、この空間の流体力学と移動現象論の確立に寄与するものである。また、生物物理における細胞間・細胞内ナノ空間の分子輸送、膜工学における物質分離など他分野で扱うナノ空間の現象解明に有用な知見を提供するものである。

報告書

(5件)
  • 2019 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (46件)

すべて 2019 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (32件) (うち国際学会 13件、 招待講演 10件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] National Kaohsiung Normal University(台湾)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Time resolution effect on the apparent particle dynamics confined in a nanochannel evaluated by the single particle tracking subject to Brownian motion2018

    • 著者名/発表者名
      Itsuo Hanasaki, Yutaka Kazoe, Takehiko Kitamori
    • 雑誌名

      Microfluidics and Nanofluidics

      巻: 22 号: 5 ページ: 56-56

    • DOI

      10.1007/s10404-018-2073-1

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Pressure-driven injection of charged solute molecules from micro to nanochannel2018

    • 著者名/発表者名
      Kazuma Okamoto, Yutaka Kazoe, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • 雑誌名

      Proceedings of MicroTAS2018

      巻: - ページ: 438-439

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Defocusing nano particle image velocimetry for nanochannel flows2017

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Shibata, Yutaka Kazoe, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • 雑誌名

      Proceedings of MicroTAS2017

      巻: - ページ: 261-262

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characterization of fluid flows in 10^1 nm extended-nano space2016

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Kazoe, Keisuke Ikeda, Kyojiro Morikawa, Yuriy Pihosh, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • 雑誌名

      Proceedings of MicroTAS2016

      巻: - ページ: 798-799

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Measurement of flow velocity distribution in extended-nano spaces by molecular image velocimetry2016

    • 著者名/発表者名
      Shigenori Takeda, Yutaka Kazoe, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • 雑誌名

      Proceedings of MicroTAS2016

      巻: - ページ: 798-799

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-pressure acceleration of nanoliter droplets in the gas phase in a microchannel2016

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Kazoe, Ippei Yamashiro, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • 雑誌名

      Micromachines

      巻: 7 号: 8 ページ: 142-142

    • DOI

      10.3390/mi7080142

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Molecular image velocimetry for measuring flow velocity distribution in extended-nanochannel2015

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Kazoe, Yojiro Hiramatsu, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • 雑誌名

      Proceedings of MicroTAS2015

      巻: - ページ: 1127-1129

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Formation of parallel aq/org two-phase flows in extended-nanochannel by partial hydrophobic modification2015

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Kazoe, Takuya Ugajin, Ryoichi Ohta, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • 雑誌名

      Proceedings of MicroTAS2015

      巻: - ページ: 1029-1031

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 流体流路の階層サイズ構造とバイオデバイスへの応用2015

    • 著者名/発表者名
      北森武彦、馬渡和真、嘉副裕
    • 雑誌名

      応用物理

      巻: 84 ページ: 882-888

    • NAID

      130007718665

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] 拡張ナノ空間の流体科学に関する研究2015

    • 著者名/発表者名
      嘉副裕
    • 雑誌名

      化学とマイクロ・ナノシステム学会誌

      巻: 14 ページ: 10-10

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] マイクロ・ナノ空間の高度流体制御技術とデバイス化2019

    • 著者名/発表者名
      嘉副裕
    • 学会等名
      第3回東工大応用化学系次世代を担う若手シンポジウム、東京工業大学、東京
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Pioneering nanofluidics2019

    • 著者名/発表者名
      北森武彦, 嘉副裕
    • 学会等名
      4大学ナノ・マイクロファブリケーションコンソーシアム10周年記念シンポジウム, 新川崎・創造のもり地区AIRBIC大会議室, 川崎
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] マイクロ/拡張ナノサイズインターフェースにおける溶質分子挙動2019

    • 著者名/発表者名
      岡本一真, 嘉副裕, 馬渡和真, 北森武彦
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会, 甲南大学, 兵庫
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Pressure-driven injection of charged solute molecules from micro to nanochannel2018

    • 著者名/発表者名
      Kazuma Okamoto, Yutaka Kazoe, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      The 22nd International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (µTAS 2018), Kaohsiung, Taiwan
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] マイクロ/拡張ナノサイズインターフェースにおける溶質分子挙動の支配因子2018

    • 著者名/発表者名
      岡本一真, 嘉副裕, 馬渡和真, 北森武彦
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第38回研究会, 札幌市民交流プラザ, 北海道
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] TIRFによるナノ流路内のトレーサー可視化における露光時間の影響2018

    • 著者名/発表者名
      花崎逸雄, 嘉副裕, 北森武彦
    • 学会等名
      第46回可視化情報シンポジウム, 明治大学, 東京
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] デフォーカスナノ粒子像を利用したナノ流路の流速分布計測法の開発2018

    • 著者名/発表者名
      嘉副裕, 柴田和輝, 馬渡和真, 北森武彦
    • 学会等名
      第46回可視化情報シンポジウム, 明治大学, 東京
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Effect of electrostatic interaction on solute molecules behavior at sampling into nanochannel2018

    • 著者名/発表者名
      Kazuma Okamoto, Yutaka Kazoe, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      The 10th International Symposium on Microchemistry and Microsystems (ISMM2018), Busan, Korea
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 拡張ナノ空間流速分布測定に向けたデフォーカス粒子像の解析2018

    • 著者名/発表者名
      柴田和輝, 嘉副裕, 馬渡和真, 北森武彦
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第37回研究会, 産業技術総合研究所, 茨城
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Nanoscale fluid flows in nanofluidic devices2017

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Kazoe, Hiroki Sano, Takuya Ugajin, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      FFSCI-Nano Science/EMN Croatia Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Study on aqueous/organic two-phase flow in nanochannel for femto-liter solvent extraction2017

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Kazoe, Hiroki Sano, Takuya Ugajin, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      Implementation of Microreactor Technology in Biotechnology 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Development of measurement method of fluid velocity distribution in nanochannels utilizing defocused particle image2017

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Kazoe, Kazuki Shibata, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      Microfluidic Compartmentalization Workshop (OIST) "Fundamentals and Applications of Microfluidic Compartmentalization"
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 拡張ナノ空間の表面化学基と流体特性2016

    • 著者名/発表者名
      池田啓輔、嘉副裕、森川響二朗、塚原剛彦、馬渡和真、北森武彦
    • 学会等名
      日本化学会第96春季年会
    • 発表場所
      同志社大学、京都
    • 年月日
      2016-03-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Unique liquid properties by surface silanol groups in extended-nano spaces2016

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Kazoe, Keisuke Ikeda, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      PITTCON Conference & Expo 2016
    • 発表場所
      Atlanta, USA
    • 年月日
      2016-03-06
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] エバネッセント波を利用した拡張ナノ空間の流速分布計測2016

    • 著者名/発表者名
      嘉副裕
    • 学会等名
      第30回先端光量子科学アライアンスセミナー「ナノ・マイクロファブリケーションを活用した光科学の展開」シンポジウム
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] マイクロ・ナノ流体工学の進展と新機能デバイスへの応用2016

    • 著者名/発表者名
      嘉副裕
    • 学会等名
      先進システムデザイン工学
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Study on fluid flows in 10^1 nm extended-nano space2016

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Ikeda, Yutaka Kazoe, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      The 8th International Symposium on Microchemistry and Microsystems (ISMM2016)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] デンドリマー蛍光修飾法の開発と拡張ナノ空間流速分布測定への応用2016

    • 著者名/発表者名
      竹田薫識、嘉副裕、馬渡和真、北森武彦
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第33回研究会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実績報告書
  • [学会発表] エバネッセント波を利用した拡張ナノ空間の流速分布計測2016

    • 著者名/発表者名
      嘉副裕, 馬渡和真, 北森武彦
    • 学会等名
      第30回先端光量子科学アライアンスセミナー「ナノ・マイクロファブリケーションを活用した光科学の展開」シンポジウム
    • 発表場所
      慶應義塾大学, 横浜
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] NMR study on neurotransmitter diffusion in synaptic cleft using biomimetic extended-nanospaces2015

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Kazoe, Yoshitaka Tsuchiya, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (Pacifichem 2015)
    • 発表場所
      Honolulu, USA
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Unique properties of water induced by surface chemical groups in extended nanospace2015

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Ikeda, Yutaka Kazoe, Takehiko Tsukahara, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (Pacifichem 2015)
    • 発表場所
      Honolulu, USA
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 拡張ナノ空間の表面-溶媒相互作用と流体特性2015

    • 著者名/発表者名
      池田啓輔、嘉副裕、塚原剛彦、馬渡和真、北森武彦
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第32回研究会
    • 発表場所
      北九州国際会議場、北九州
    • 年月日
      2015-11-26
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Formation of parallel two-phase flow in nanochannel and application to solvent extraction2015

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Kazoe, Takuya Ugajin, Ryoichi Ohta, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      68th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      2015-11-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of liquid properties in extended nanospaces using streaming potential/current system2015

    • 著者名/発表者名
      Kyojiro Morikawa, Yutaka Kazoe, Chih-Chang Chang, Takehiko Tsukahara, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      68th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      2015-11-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Formation of parallel aq./org. two-phase flow in extended-nano channel for fL chemical analysis2015

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Kazoe, Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Nano/Molecular Medicine & Engineering 2015
    • 発表場所
      Honolulu, USA
    • 年月日
      2015-11-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fluid science in extended-nano space for novel chemical devices2015

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Kazoe, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      The International Conference on Small Science
    • 発表場所
      Phuket, Thailand
    • 年月日
      2015-11-04
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 拡張ナノ流路内疎水部分修飾による平行二相流の形成2015

    • 著者名/発表者名
      嘉副裕、宇賀神拓也、馬渡和真、北森武彦
    • 学会等名
      日本分析化学会第64年会
    • 発表場所
      九州大学, 福岡
    • 年月日
      2015-09-09
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Surface-solvent interaction and fluid properties in extended nanospace2015

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Ikeda, Yutaka Kazoe, Takehiko Tsukahara, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      RSC Tokyo International Conference 2015-Analytical Technology Towards Life Innovation
    • 発表場所
      Makuhari Messe, Chiba
    • 年月日
      2015-09-03
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Parallel aq./org. two-phase flow in extended-nanochannel formed by partial hydrophobic modification2015

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Kazoe, Takuya Ugajin, Ryoichi Ohta, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      The 22nd International Symposium, Exhibit & Workshops on Electro- and Liquid Phase-separation Techniques (ITP2015)
    • 発表場所
      Helsinki, Finland
    • 年月日
      2015-08-30
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Formation of parallel two-phase flow in extended-nanochannel by partial hydrophobic modification2015

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Kazoe, Takuya Ugajin, Ryoichi Ohta, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori
    • 学会等名
      The 7th International Symposium on Microchemistry and Microsystems (ISMM2015)
    • 発表場所
      Kyoto University, Kyoto
    • 年月日
      2015-06-08
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 拡張ナノ空間の流体科学に関する研究2015

    • 著者名/発表者名
      嘉副裕
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第31回研究会
    • 発表場所
      京都大学, 京都
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] さらに小さく!10-6と10-9の間・・・拡張ナノ化学2015

    • 著者名/発表者名
      嘉副裕
    • 学会等名
      先進環境材料・デバイス創製スクール「手のひらに化学工場-マイクロ化学チップコース-」
    • 発表場所
      新川崎・創造のもり, 横浜
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 熱流体工学研究室

    • URL

      http://www.tfe.sd.keio.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 北森研究室

    • URL

      http://webpark1390.sakura.ne.jp/cms/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 北森研究室ホームページ

    • URL

      http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/kitamori/

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書 2015 実績報告書

URL: 

公開日: 2015-04-16   更新日: 2022-11-04  

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