| 研究課題/領域番号 |
19H02061
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
嘉副 裕 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (20600919)
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| 研究分担者 |
花崎 逸雄 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10446734)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2021年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2019年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
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| キーワード | ナノ流路 / 粒子画像流速計 / 超解像 / ナノ流体工学 / 粒子追跡法 / 流速分布 / デフォーカス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
流体工学が光の波長より小さいナノ空間へと進展している。しかし、空間が幅・深さ数100 nm以下になると液体の物性変化など様々な特異的現象が発現するため、この空間の物質輸送を明らかにする超解像度（10 nm分解能）の流速分布計測が重要となる。流速分布計測法としては粒子画像流速計（PIV）が一般的であるが、(x, y, z)３方向に対して超解像度を実現することは極めて難しかった。そこで本研究では、レンズの結像で問題となる球面収差を積極活用・制御して、非焦点領域の粒子像からナノ粒子の位置を10 nm分解能で検出するデフォーカス・ナノPIVを開発する。
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| 研究成果の概要 |
流体工学が光の波長より小さいナノ空間へと進展している。空間サイズが数100 nm以下になると液体の物性変化など様々な特異現象が発現するため、この空間の物質輸送を明らかにする超解像度（10 nm分解能）の流速分布計測が重要となる。本研究では、レンズの結像で問題となる球面収差を活用して、非焦点領域の粒子像からナノ粒子の位置を10 nm分解能で検出するデフォーカス・ナノ粒子画像流速計（PIV）を開発した。球面収差を伴うナノ粒子の非焦点像の特性を明らかにして、計測システムを構築することで、ナノ空間の圧力駆動流における粒子速度分布計測を実現した。ナノ流体工学をはじめ様々な分野への波及効果が期待される。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
数10 nm～数100 nmのナノ空間における輸送現象は、ナノ流体工学といった先端研究分野だけではなく、細胞内・細胞間空間における機能の理解や、透析膜といった多孔質材料の開発など、様々な分野で重要なトピックである。本研究は、このようなナノ空間の中の現象を光の回折限界を超える10 nm分解能（超解像度）で捉えるための計測法を開発するものであり、生物物理、膜工学など様々な分野の発展に大きく寄与するものである。また、近年、超解像度計測法の開発が世界中で加速する中、本研究はこれらの計測法で実際の現象を捉えるための１つの設計指針を提案しており、超解像度計測法の発展に寄与できる点でも学術的意義が大きい。
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