| 研究課題/領域番号 |
21H01244
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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 | 東京農工大学 |
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研究代表者 |
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) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2023年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2022年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2021年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
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| キーワード | セルロースナノファイバー / ナノペーパー / ハイドロゲル / ドラッグデリバリーシステム / メタマテリアル / キリガミ / レジリエンス / 適応 / 乾燥 / PIV / Single Particle Tracking / 顕微鏡動画 / データ解析 / 水素結合 / 非平衡 / 膨潤 / 相転移 / 相変化 / ゲル化 / 濡れ / ゲル / 粒子追跡 / フレキシブルデバイス / インクジェット / 毛細管現象 / 流路 / 秩序形成 / ゾル / ラテラルフローアッセイ / 紙ベース分析チップ / 液滴 / micro-PAD / 紙ベース分析デバイス / Lab on a Chip |
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| 研究開始時の研究の概要 |
透明でフレキシブルな基板であるナノペーパーは，低環境負荷な直径数nmのセルロース・ナノファイバー（Cellulose Nanofiber; CNF）を分散した水を乾燥して作製できる．CNF群が分散した水を乾燥する際には，分子論と連続体との間のスケールで，流体中にCNFの集積した微細な秩序構造が現れる．これを紙ベース分析チップに応用する際に重要となる流動現象の仕組みを追究する．
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| 研究成果の概要 |
まず，平衡条件でのセルロースナノファイバー分散水のSingle Particle Tracking (SPT)に基づく顕微鏡動画データ解析では，明確なゾルとゲルの状態間において部分的な秩序構造が形成されていることを明らかにした．そして，上方開放型容器内での非平衡条件である乾燥過程では，コーヒーリング現象を抑制するに足る高濃度で起きるゲル化の過程でランダムな流れ場が生じ，その空間相関はゲル化の過渡期に一時的に増大することを明らかにした．さらに，乾燥が完了したナノペーパーを水に浸すと膨潤してハイドロゲルを形成することに注目し，その膨潤度合いの支配因子や速さなどに関する知見を得た．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では，流体から固体が形成される現象を追究している．温度低下による凝固現象とは異なり，流体中で激しくBrown運動しているナノスケール要素が，乾燥の過程で高濃度化して静的な秩序構造を形成する．結果として出来上がるモノに注目すると固体であるが，それを形成する現象自体は流体の力学でもある．また，その流動現象はBrown運動をはじめとしてランダムさが特徴的である．さらに，より大きな空間スケールでも秩序構造形成過程特有のランダムさを発見した．後者のランダムさも明らかに乱流とは異なり，低Reynolds数で現れる．環境に優しい材料の創製にも寄与する形で，四力横断的な知見を明らかにした意義は大きい．
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