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微小ガラス電極による不均一イオン流動場の計測と μイオンクロマトグラフィの開発

研究課題

研究課題/領域番号 18H01372
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分19010:流体工学関連
研究機関豊橋技術科学大学 (2020)
大阪大学 (2018-2019)

研究代表者

土井 謙太郎  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20378798)

研究分担者 川野 聡恭  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (00250837)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)
2020年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2019年度: 10,530千円 (直接経費: 8,100千円、間接経費: 2,430千円)
2018年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
キーワード分子流体力学 / マイクロ・ナノ工学 / イオン電流 / イオンクロマトグラフィ / クロマトグラフィ / 電気流体力学
研究成果の概要

本研究では,マイクロ・ナノメートルスケールにおけるナノ粒子やイオン輸送現象に注目し,微小空間の局所的な濃度場や電場を測定する技術を開発した.狭小部(オリフィス)を持つ流路を用いて,先端径が約500 nmの微小ガラス電極を走査することにより液中の電位分布を明らかにし,電流電圧特性から導電率を導出して電解質濃度を定量評価した.その結果,誤差10%以下の精度で濃度測定が可能であることを確認し,標準液を用いた校正を必要としない絶対的な濃度測定技術を確立した.さらに,2連管のガラス電極を用いることにより,pH測定を可能とし,プロトン濃度については広範囲に濃度測定が可能であることを示した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

マイクロ・ナノメートルスケールの微小空間におけるナノ粒子やイオン輸送現象について,力学的観点から現象を解明し,さらには局所的な電場や濃度場の測定技術を確立した.従来の導電率や濃度測定法では,標準液を用いた校正が必要であるが,ここで開発した手法は,液中の局所的な電場を直接的に測定することから,校正を必要とすることなく濃度を評価することが可能である.液中の電場と濃度場が明らかにされたことから,電気流体力学現象等に関する場の定量評価へと発展することが期待される.

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 5件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Electrical Sensing of Au Nanoparticles Manipulated by an Optical Vortex2021

    • 著者名/発表者名
      Nakatsuka Ryoji、Yanai Syuhei、Nakajima Kichitaro、Doi Kentaro、Kawano Satoyuki
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 125 号: 17 ページ: 9507-9515

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.1c01804

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Repetitive Electrical Sensing of Optically Trapped Microparticles in Motorized Liquid Flows2020

    • 著者名/発表者名
      Doi Kentaro、Nito Fumika、Koyama Ryota、Kawano Satoyuki
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 124 号: 19 ページ: 10627-10637

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.0c00575

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of glass micro-electrodes for local electric field, electrical conductivity, and pH measurements2020

    • 著者名/発表者名
      K. Doi, N. Asano, and S. Kawano
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1038/s41598-020-60713-z

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Generation and Control of Electrohydrodynamic Flows in Aqueous Electrolyte Solutions2018

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Doi, Fumika Nito, Ayako Yano, Ryo Nagura, Satoyuki Kawano
    • 雑誌名

      Journal of Visualized Experiments

      巻: 139 号: 139

    • DOI

      10.3791/57820

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cation-induced electrohydrodynamic flow in aqueous solutions2018

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Doi, Fumika Nito, Satoyuki Kawano
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 148 号: 20 ページ: 204512-204512

    • DOI

      10.1063/1.5006309

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 微小ガラス電極を用いた液体環境の局所測定2020

    • 著者名/発表者名
      土井 謙太郎, 川野 聡恭
    • 学会等名
      第98期流体工学部門講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 光渦とダブルオリフィス構造による単一ナノ粒子の高スループット微小電流検出2020

    • 著者名/発表者名
      中塚 遼治, 柳井 修平, 中島 吉太郎, 土井 謙太郎, 川野 聡恭
    • 学会等名
      日本機械学会第11回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 微小Pt電極によるマイクロ・ナノ粒子流動の電気応答解析2020

    • 著者名/発表者名
      土井 謙太郎, 藤森 和哉, 川野 聡恭
    • 学会等名
      日本機械学会2020年度年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Ionic Current Analysis of Tiny Particles Using Micro- and Nanofluidic Channels2020

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Doi, Satoyuki Kawano
    • 学会等名
      Seventeenth International Conference on Flow Dynamics (ICFD2020)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Visualization and Electrical Measurement of Single Nanoparticles in Liquid Flows2019

    • 著者名/発表者名
      Kohei Odani, Takashi Fukuda, Kentaro Doi, and Satoyuki Kawano
    • 学会等名
      10th International Conference on Molecular Electronics and BioElectronics
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Liquid Flow and Particle Transport Control in Nano uidic Channels2019

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Doi and Satoyuki Kawano
    • 学会等名
      Sxiteenth International Conference on Flow Dynamics
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ナノ流路を用いたCoulter原理による一粒子の電気計測と可視化2019

    • 著者名/発表者名
      土井謙太郎, 福田敬志, 川野聡恭
    • 学会等名
      日本機械学会2019年度年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 一粒子識別を目的とするナノ流路の作製と流動現象の可視化2019

    • 著者名/発表者名
      小谷孝平, 土井謙太郎, 川野聡恭
    • 学会等名
      日本機械学会2019年度年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Evaluation of Electrohydrodynamic Flows Driven by a Low Bias Voltage of 2.0 V with Water Electrolysis2018

    • 著者名/発表者名
      F. Nito, K. Doi, and S. Kawano
    • 学会等名
      The 29th International Symposium on Transport Phenomena (ISTP29)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrohydrodynamic Liquid Flows Rectified by Cation and Anion Current with a Few Voltage Application2018

    • 著者名/発表者名
      K. Doi, F. Nito, A. Yano, S. Kawano
    • 学会等名
      Fifteenth International Conference on Flow Dynamics
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ナノスリット流動場と非定常電場による粒子操作2018

    • 著者名/発表者名
      藤森和哉,福田敬志,辻徹郎,土井謙太郎,川野聡恭
    • 学会等名
      日本機械学会2018年度年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 局所イオン濃度場とイオン電流特性を同時評価する微小ニードルプローブの開発2018

    • 著者名/発表者名
      浅野直暉,辻徹郎,土井謙太郎,川野聡恭
    • 学会等名
      日本機械学会2018年度年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] CuSO4水溶液に誘起されるEHD流れの電流電圧特性2018

    • 著者名/発表者名
      土井謙太郎,佐藤智弘,矢野絢子,川野聡恭
    • 学会等名
      日本機械学会2018年度年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ナノスリット流路のイオン選択性による起電力の評価2018

    • 著者名/発表者名
      佐伯祐哉,辻徹郎,土井謙太郎,川野聡恭
    • 学会等名
      日本機械学会2018年度年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ガラスキャピラリーを用いたイオンダイオードの作製2018

    • 著者名/発表者名
      菊嶌 菜見, 土井 謙太郎, 川野 聡恭
    • 学会等名
      第9回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] マイクロ・ナノギャップにおける電解質溶液の電気的応答特性2018

    • 著者名/発表者名
      福田 敬志, 土井 謙太郎, 川野 聡恭
    • 学会等名
      第9回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] CuSO4水溶液に誘起されるEHD流れの3次元可視化計測2018

    • 著者名/発表者名
      土井 謙太郎,佐藤 智弘,矢野 絢子,川野 聡恭
    • 学会等名
      第46回可視化情報シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] CuSO4水溶液中の陽イオン電流に誘起されるEHD流れの評価2018

    • 著者名/発表者名
      土井 謙太郎,佐藤 智弘,矢野 絢子,川野 聡恭
    • 学会等名
      第96期流体工学部門講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] TUT環境熱流体工学研究室

    • URL

      http://www.me.tut.ac.jp/tfe

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 大阪大学基礎工学研究科機能創成専攻機能デザイン領域 川野研究室

    • URL

      https://bnf.me.es.osaka-u.ac.jp

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 大阪大学基礎工学研究科機能創成専攻川野研究室

    • URL

      https://bnf.me.es.osaka-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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