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ナノチャネルにおける極性イオン多変量イメージング法と連動した電気二重層選択的制御

研究課題

研究課題/領域番号 17686017
研究種目

若手研究(A)

配分区分補助金
研究分野 熱工学
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

佐藤 洋平  慶應義塾大学, 理工学部, 准教授 (00344127)

研究期間 (年度) 2005 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
29,250千円 (直接経費: 22,500千円、間接経費: 6,750千円)
2007年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2006年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
2005年度: 15,730千円 (直接経費: 12,100千円、間接経費: 3,630千円)
キーワードマイクロ・ナノスケール / 電気二重層 / 壁面ゼータ電位 / 極性イオン / ナノLIF法 / ナノPIV / エバネッセント波 / 蛍光色素 / ナノスケール / マイクロチャネル / レーザ誘起蛍光法 / レーザー放射圧 / ゼータ電位 / Gouy-Chapmanモデル / Debye-Huckel近似
研究概要

次世代のマイクロ・ナノ流体デバイスにおける革新的な機能創製の鍵を握るのは,マイクロ・ナノチャネル壁面極近傍に形成される極性イオンの層,即ち,電気二重層(あるいは壁面ゼータ電位)の選択的制御である.本研究では壁面ゼータ電位時空間分布センシングを可能とするナノスケール・レーザ誘起蛍光(ナノLIF)法,および壁面ゼータ電位選択的制御技術の開発し,ナノスケール流動現象の解明を行った.緩衝液中にてイオン化する蛍光色素,およびチャネル壁面極近傍のみを励起可能とするエバネッセント波に基づいたナノLIF法により,チャネル内緩衝液中のイオン挙動に応じた壁面ゼータ電位時空間構造の解明を行った.イオンの対流および拡散によりゼータ電位形成過程の違いを流体力学的観点に基づいて解明を行った.この実験結果に基づいて,チャネル壁面に単分子膜による化学表面修飾を施し,壁面ゼータ電位を変化させ,チャネル内電気浸透流流動構造制御を行った.電気二重層形成過程の過渡特性を実験的に明らかにした上で,表面修飾パターンを数値シミュレーションによって最適化を行うことにより,選択的に壁面ゼータ電位(あるいは電気二重層厚さ)の制御が可能となり,電気浸透流によるマイクロ・ナノ空間混合促進等の性能の劇的な向上が可能であることが示唆された.マイクロ・ナノチャネル壁面ゼータ電位制御により,チャネル内緩衝液中のイオン挙動制御,そしてバルク流動構造制御が可能となった.

報告書

(3件)
  • 2007 実績報告書
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて 2007 2006 2005

すべて 雑誌論文 (15件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (6件) 産業財産権 (3件)

  • [雑誌論文] Effect of ion motion on zeta-potential distribution at microchannel wall obtained from nanoscale laser-induced fluorescence2007

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Kazoe & Yohei Sato
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry 79

      ページ: 6727-6733

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Measurement of zeta-potential at microchannel wall by a nanoscalelaser induced fluorescence imaging2007

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Kazoe & Yohei Sato
    • 雑誌名

      Journal of Fluid Science and Technology 2

      ページ: 429-440

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optically sliced measurement of velocity and pH distribution in microchannel2007

    • 著者名/発表者名
      Mitsuhisa Ichiyanagi, Yohe Sato & Koichi Hishida
    • 雑誌名

      Experiments in Fluid 43

      ページ: 425-435

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ナノ・レーザ誘起蛍光法によるマイクロチャネル壁面ゼータ電位計測2006

    • 著者名/発表者名
      嘉副裕, 佐藤洋平
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集B編 第72巻722号

      ページ: 2457-2464

    • NAID

      110004837207

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Nanoscale laser induced fluorescence imaging of zeta-potential affected by ion motion in microchannel2006

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Kazoe, Yohei Sato
    • 雑誌名

      Micro Total Analysis Systems 2006 Vol. 1

      ページ: 101-103

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Continuous particle manipulation in microchannel using laser radiation pressure2006

    • 著者名/発表者名
      Takatsugu Moriya, Koichiro Saiki, Yohei Sato
    • 雑誌名

      Micro Total Analysis Systems 2006 Vol. 1

      ページ: 906-908

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] エバネッセント分子タッギング法によるマイクロチャネル壁面極近傍イオン拡散現象の解明2006

    • 著者名/発表者名
      中村翼, 福村公基, 一柳満久, 佐藤洋平
    • 雑誌名

      日本機械学会熱工学コンファレンス講演論文集

      ページ: 3-4

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 界面動電駆動流における電気二重層形成とサブミクロン粒子挙動の相互作用2006

    • 著者名/発表者名
      川本裕一郎, 佐藤洋平
    • 雑誌名

      日本流体力学会年会2006 (CD-ROM)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Nano-LIF imaging of zeta-potential distribution in microchannel2006

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Kazoe, Yohei Sato
    • 雑誌名

      13th Int. Symp. on Appl. of Laser Tech. Fluid Mech. (CD-ROM)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Selective separation technique of specific protein using microfluidic device2005

    • 著者名/発表者名
      Saiki, K., Sato, Y.
    • 雑誌名

      19th International Symposium on Microscale Bioseparations

      ページ: 64-64

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Electrokinetic migration of submicron particles in microchannel2005

    • 著者名/発表者名
      Kazoe, Y., Sato, Y.
    • 雑誌名

      19th International Symposium on Microscale Bioseparations

      ページ: 69-69

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 界面動電現象を用いたタンパク質連続抽出技術に関する研究2005

    • 著者名/発表者名
      斉木康一郎, 佐藤洋平
    • 雑誌名

      第11回化学とマイクロ・ナノシステム研究会予稿集

      ページ: 36-36

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] マイクロPIVを用いたコロイド粒子ゼータ電位簡易計測法2005

    • 著者名/発表者名
      福村公基, 一柳満久, 嘉福裕, 斉木康一郎, 佐藤洋平
    • 雑誌名

      日本機械学会熱工学コンファレンス2005講演論文集

      ページ: 223-224

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] マイクロチャネル内イオン拡散による電気二重層時空間構造2005

    • 著者名/発表者名
      嘉福裕, 佐藤洋平
    • 雑誌名

      日本機械学会熱工学コンファレンス2005論文集

      ページ: 231-232

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] レーザ放射圧によるマイクロ空間選択的物質輸送技術2005

    • 著者名/発表者名
      斉木康一郎, 佐藤洋平
    • 雑誌名

      日本機械学会熱工学コンファレンス2005論文集

      ページ: 243-244

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [学会発表] Micro optical stirrer for niixing in microchannel flow2007

    • 著者名/発表者名
      Takatsugu Moriya &Yohei Sato
    • 学会等名
      Micro Total Analysis Systems 2007
    • 発表場所
      Paris, France
    • 年月日
      2007-10-10
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Simultaneous measurements of near-wall velocity and wall zeta-potentialby evanescent wave illumination2007

    • 著者名/発表者名
      Shu Miyakawa, Yutaka Kazoe &Yohei Sato
    • 学会等名
      Micro Total Analysis Systems 2007
    • 発表場所
      Paris, France
    • 年月日
      2007-10-10
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Structure of electroosmotic microcharmel flow affected by nonuniforwall zeta-potential2007

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Kazoe, Norihisa Miki & Yohei Sato
    • 学会等名
      Micro Total Analysis Systems 2007
    • 発表場所
      Paris, France
    • 年月日
      2007-10-09
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 固液界面極近傍流動計測によるイオン分子拡散の影響2007

    • 著者名/発表者名
      中村 翼, 佐藤 洋平
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2007
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2007-08-08
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 微小粒子群の攪拌・混合を実現するマイクロ光スターラーの開発2007

    • 著者名/発表者名
      守屋 孝胤, 佐藤 洋平
    • 学会等名
      第15回化学とマイクロ・ナノシステム研究会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2007-05-25
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] マイクロチャネル壁面極近傍速度およびゼータ電位同時計測法の開発2007

    • 著者名/発表者名
      宮川 修, 嘉副 裕, 佐藤 洋平
    • 学会等名
      第44回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      長崎
    • 年月日
      2007-05-23
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [産業財産権] 全反射試料照明装置及び照明方法2007

    • 発明者名
      佐藤洋平, 嘉副裕
    • 権利者名
      学校法人慶應義塾
    • 出願年月日
      2007-04-05
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [産業財産権] 光学的物質操作装置2006

    • 発明者名
      佐藤洋平, 斉木康一郎
    • 権利者名
      学校法人慶應義塾
    • 産業財産権番号
      2006-142315
    • 出願年月日
      2006
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [産業財産権] 全反射試料照明装置及び照明方法2005

    • 発明者名
      佐藤洋平, 嘉福裕
    • 権利者名
      学校法人慶應義塾
    • 産業財産権番号
      2005-275626
    • 出願年月日
      2005-09-22
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

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