| 研究課題/領域番号 |
21K18866
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分28:ナノマイクロ科学およびその関連分野
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| 研究機関 | 早稲田大学 (2023)
東京大学 (2021-2022) |
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研究代表者 |
馬渡 和真 早稲田大学, 理工学術院(情報生産システム研究科・センター), 教授 (60415974)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 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 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2021年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
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| キーワード | ナノ流路 / バルブ / ナノバブル / 流体制御 / ナノバルブ / ナノ相転移 / ナノ流体 / マイクロ流体 / 相転移 / 極限液相 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
10-100nmの空間は化学やバイオなど広く関係する空間であり、液相極限空間での溶液物性、さらには極限分析への応用など、基礎応用両面から重要である。そして、最近では10-100nmのナノ流体回路を人工的に構築するナノ流体の研究が進展している。しかし、超微小空間であり、流体制御は難しく集積化には限界がある。そこで、重要な技術がバルブであるが、マイクロ空間でも難しい技術であり、ナノ空間では非常に困難である。
そこで本研究では、変形や容易な気体に着目し、ナノバブルをナノ空間で生成制御する技術を創成して、ナノバブルにより世界最小の人工バルブ、すなわちナノバブルバルブを実現することを目的とする。
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| 研究実績の概要 |
昨年度まで、ナノ流路中の気液相転移を利用したナノバブル発生および流れの開閉について原理を検証して、400kPa程度の耐圧、数10msレベルの高速応答性を確認した。これはまさにナノ流路では液体の印加圧力が高く、また体積がフェムトリットルレベルであるために、バブルの生成と消滅を迅速にコントロールできることの結果である。しかし、この原理のマイクロ領域への適用可能性については、検証できていなかった。そこで、バブルの生成と液体流れを明視野観察により観察するための照射系を改善して、マイクロ流路でのバブル生成と消滅を観測した。その結果、マイクロ領域でもバブルを生成して液体流れを止めることはできるが、気体の溶解を利用したバブルの除去には20分以上を要し、本原理をマイクロ流路領域に適用することは困難であることがわかった。これはマイクロバブルの体積がナノリットルであり、ナノバブルの体積フェムトリットルよりも百万倍以上も大きく、バブル中の気体が圧力により気体に溶解するのに、桁違いの時間（今回ナノでは数10ms,マイクロでは20分以上）がかかるからであると考えられる。すなわち、本原理はナノ流路における高圧条件やフェムトリットルレベルの極微小体積によりはじめて実現できる原理であり、マイクロ流路の実験から特徴も明確になった。
以上から、ナノ流路に適した世界最小バルブの創成にはじめて成功した。今後はナノレベルの気液相転移の速度論の解明という科学的側面に加え、技術的にはこのバルブとナノ流体プロセスを組み合わせることで、ウィルスやエキソソームなどのナノ物質の検出・分離へと展開し、医療や基礎生物学に貢献することが期待される。
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