ラボ・オン・ウォーターシステム構築に向けたリキッドマーブルの運動・合一・崩壊制御

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H04207
• 研究機関: 大阪工業大学
• 研究代表者: 藤井 秀司 大阪工業大学, 工学部, 教授 (70434785)
• 研究分担者: 中村 吉伸 大阪工業大学, 工学部, 教授 (70298800) ; 眞山 博幸 旭川医科大学, 医学部, 准教授 (70360948)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: リキッドマーブル / 気液界面 / 物質輸送 / 光熱変換 / 吸着 / マランゴニ対流 / 導電性高分子 / 粉体

研究実績の概要

本研究の目的は、光熱変換現象を利用することで水面上のリキッドマーブル周囲場に界面張力の空間勾配を生み出し、これを運動の駆動力とする液体（リキッドマーブル内部液）の省エネルギー型デリバリーシステムを実現化することにある。また、水面を実験室（ラボ）として捉え、水面上においてリキッドマーブルの合一・崩壊により内部液の混合・徐放を行う、ラボ・オン・ウォーターシステムの基本概念を構築する。令和元年度は、リキッドマーブルの運動制御および運動の数値解析を目的とし、下記2項目について検討を行った。
1.運動の数値解析
リキッドマーブルの運動を上方向および横方向から高速デジタルビデオカメラで録画し、動画解析ソフトウェアを使用することで、速度、加速度について数値解析を行った。その結果、リキッドマーブルの水中への潜り込みの深さが大きくなると、速度、加速度が小さくなることが明らかになった。光照射により発生するリキッドマーブル周辺場の温度分布をサーモグラフィーを用いて可視化・数値化し、界面張力の空間勾配の視覚化に成功した。取得した情報に基づきニュートンの運動方程式を立て、リキッドマーブルに作用している力の大きさを評価したところ、数マイクロNであることが明らかになった。本項目は、研究代表者の藤井と研究分担者の眞山が協同して推進した。
2.リキッドマーブルの合一・崩壊条件の最適化
水面上に静置したリキッドマーブルに対し、レーザー光により運動させたリキッドマーブルを衝突させたところ、リキッドマーブルは合一せずに、弾き飛ばす様子が観察された。また、エタノール蒸気をリキッドマーブルに吹きかけることで粒子の液体への濡れ性を向上させ、気液界面から脱着させることでリキッドマーブルの崩壊を誘発し、内部物質の徐放が実現できた。本項目は、研究代表者の藤井と研究分担者の眞山、中村が協同して推進した。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] The University of Sheffield(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: The University of Sheffield
• [国際共同研究] University of Newcastle(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: University of Newcastle
• [国際共同研究] Max Planck Institute/Friedrich Alexander-University(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Max Planck Institute/Friedrich Alexander-University
• [国際共同研究] Bu-Ali Sina University(イラン)
  • 国名: イラン
  • 外国機関名: Bu-Ali Sina University
• [雑誌論文] Particle Monolayer-Stabilized Light-Sensitive Liquid Marbles from Polypyrrole-Coated Microparticles (2020)
  • 著者名/発表者名: Asaumi Yuta、Rey Marcel、Vogel Nicolas、Nakamura Yoshinobu、Fujii Syuji
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 36 ページ: 2695～2706
  • DOI: https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.0c00061
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Behavior of BZ Reaction in Small Space with Liquid Marble (2020)
  • 著者名/発表者名: Okamoto Yasunao、Tanoue Jun’ya、Nawa-Okita Erika、Yamamoto Daigo、Fujii Syuji、Maki Taisuke、Mae Kazuhiro、Shioi Akihisa
  • 雑誌名: Journal of the Society of Powder Technology, Japan 巻: 57 ページ: 74～79
  • DOI: https://doi.org/10.4164/sptj.57.74
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dodecyl sulfate-doped polypyrrole derivative grains as a light-responsive liquid marble stabilizer (2020)
  • 著者名/発表者名: Sisakova Marketa、Asaumi Yuta、Uda Makoto、Seike Musashi、Oyama Keigo、Higashimoto Shinya、Hirai Tomoyasu、Nakamura Yoshinobu、Fujii Syuji
  • 雑誌名: Polymer Journal 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41428-020-0307-z
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Light-Driven Locomotion of Bubbles (2020)
  • 著者名/発表者名: Ito Masaya、Mayama Hiroyuki、Asaumi Yuta、Nakamura Yoshinobu、Fujii Syuji
  • 雑誌名: Langmuir 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.9b03356
  • 査読あり
• [雑誌論文] pH-Dependent Foam Formation Using Amphoteric Colloidal Polymer Particles (2020)
  • 著者名/発表者名: Fukui Sayaka、Hirai Tomoyasu、Nakamura Yoshinobu、Fujii Syuji
  • 雑誌名: Polymers 巻: 12 ページ: 511～511
  • DOI: https://doi.org/10.3390/polym12030511
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 水滴の形状を自由に制御する─速度論的安定化メカニズムに基づく水滴形状制御技術の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤井秀司
  • 雑誌名: 化学 巻: 75 ページ: 51-54
• [雑誌論文] CO2-Gas-Responsive Liquid Marble (2019)
  • 著者名/発表者名: Yukioka Shotaro、Fujiwara Junya、Okada Makoto、Fujii Syuji、Nakamura Yoshinobu、Yusa Shin-ichi
  • 雑誌名: Langmuir 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.9b03074
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of particle size on extraction from a charged bed - toward liquid marble formation (2019)
  • 著者名/発表者名: Thomas Casey A.、Kasahara Moe、Asaumi Yuta、Lobel Benjamin T.、Fujii Syuji、Ireland Peter M.、Webber Grant B.、Wanless Erica J.
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 15 ページ: 7547～7556
  • DOI: 10.1039/c9sm01467e
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electrostatic formation of Liquid Marbles - Statistical model (2019)
  • 著者名/発表者名: Ireland Peter M、Thomas Casey A、Lobel Benjamin T、Webber Grant B、Fujii Syuji、Wanless Erica J
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 1322 ページ: 012006～012006
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1322/1/012006
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Shape-Designable Liquid Marbles Stabilized by Gel Layer (2019)
  • 著者名/発表者名: Mahmoudi Salehabad Sajedeh、Azizian Saeid、Fujii Syuji
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 35 ページ: 8950～8960
  • DOI: https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.9b01473
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Grains Synthesized by Solvent-free Chemical Oxidative Polymerization (2019)
  • 著者名/発表者名: Inoue Hiroki、Shimogama Natsuko、Seike Musashi、Oyama Keigo、Mukai Shun、Higashimoto Shinya、Hirai Tomoyasu、Nakamura Yoshinobu、Fujii Syuji
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 48 ページ: 968～970
  • DOI: https://doi.org/10.1246/cl.190350
  • 査読あり
• [雑誌論文] Disruption of Liquid Marbles Induced by Host-Guest Interaction (2019)
  • 著者名/発表者名: Kozuka Shohei、Banno Taisuke、Fujii Syuji、Nakamura Yoshinobu、Yusa Shin-ichi
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 48 ページ: 840～843
  • DOI: https://doi.org/10.1246/cl.190232
  • 査読あり
• [雑誌論文] Colloidal Stabilizer-Assisted Polymerization-Induced Precipitation Method for Colloidally Stable Polyacid Particles (2019)
  • 著者名/発表者名: Hanochi Haruka、Nguyen Thi Lien、Yusa Shin-ichi、Nakamura Yoshinobu、Fujii Syuji
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 35 ページ: 6993～7002
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.9b00505
  • 査読あり
• [雑誌論文] Liquid Marbles in Nature: Craft of Aphids for Survival (2019)
  • 著者名/発表者名: Kasahara Moe、Akimoto Shin-ichi、Hariyama Takahiko、Takaku Yasuharu、Yusa Shin-ichi、Okada Shun、Nakajima Ken、Hirai Tomoyasu、Mayama Hiroyuki、Okada Satoshi、Deguchi Shigeru、Nakamura Yoshinobu、Fujii Syuji
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 35 ページ: 6169～6178
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.9b00771
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of Near-monodisperse Polyacid Particles Containing Phosphate Groups by Free Radical Dispersion Polymerization (2019)
  • 著者名/発表者名: Hanochi Haruka、Nakamura Yoshinobu、Fujii Syuji
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 48 ページ: 730～733
  • DOI: https://doi.org/10.1246/cl.190196
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxidation-responsive Liquid Marbles (2019)
  • 著者名/発表者名: Ohshio Maho、Yukioka Shotaro、Nguyen Thi Lien、Iimura Kenji、Fujii Syuji、Nakamura Yoshinobu、Yusa Shin-ichi
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 48 ページ: 644～646
  • DOI: doi:10.1246/cl.190148
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrophobic poly(3,4-ethylenedioxythiophene) particles synthesized by aqueous oxidative coupling polymerization and their use as near-infrared-responsive liquid marble stabilizer (2019)
  • 著者名/発表者名: Shimogama Natsuko、Uda Makoto、Oyama Keigo、Hanochi Haruka、Hirai Tomoyasu、Nakamura Yoshinobu、Fujii Syuji
  • 雑誌名: Polymer Journal 巻: 51 ページ: 761～770
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41428-019-0189-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrostatic Formation of Liquid Marbles Using Thermo-responsive Polymer-coated Particles (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawata Yuuki、Thomas Casey A.、Asaumi Yuta、Hanochi Haruka、Ireland Peter M.、Fujii Syuji、Nakamura Yoshinobu、Wanless Erica J.、Webber Grant B.、Yusa Shin-ichi
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 48 ページ: 578～581
  • DOI: doi:10.1246/cl.190105
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Light-driven locomotion of a centimeter-sized object at the air?water interface: effect of fluid resistance (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawashima Hisato、Shioi Akihisa、Archer Richard J.、Ebbens Stephen J.、Nakamura Yoshinobu、Fujii Syuji
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 9 ページ: 8333～8339
  • DOI: 10.1039/c9ra01417a
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Polyhedral Liquid Marbles (2019)
  • 著者名/発表者名: Geyer Florian、Asaumi Yuta、Vollmer Doris、Butt Hans‐J?rgen、Nakamura Yoshinobu、Fujii Syuji
  • 雑誌名: Advanced Functional Materials 巻: 29 ページ: 1808826～1808826
  • DOI: 10.1002/adfm.201808826
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Stimulus-responsive soft dispersed systems developed based on functional polymer particles: bubbles and liquid marbles (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujii Syuji
  • 雑誌名: Polymer Journal 巻: 51 ページ: 1081～1101
  • DOI: 10.1038/s41428-019-0233-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] 微粒子で安定化された気液分散体 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井秀司
  • 雑誌名: 化学と工業 巻: 72-3 ページ: 269
• [雑誌論文] リキッドマーブル工学：微粒子安定化液滴が可能にする物質運搬・放出技術 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井秀司
  • 雑誌名: 化学と工業 巻: 72-3 ページ: 013-015
• [雑誌論文] Delivery and release of materials based on liquid marble engineering (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Fujii, H. Mayama
  • 雑誌名: Accounts of Materials & Surface Research 巻: 4 ページ: 61-68
  • 査読あり
• [学会発表] Soft dispersed systems stabilized with polymer particles: Foams and liquid marbles (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Fujii
  • 学会等名: 1st French-Japanese Symposium on Polymer Science
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] バイオミメティック材料 省エネ型ものづくり (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井秀司
  • 学会等名: 夢ナビライブ2019大阪会場
  • 招待講演
• [学会発表] Liquid marbles: From Nature to technology (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Fujii
  • 学会等名: Armesfest600
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Polyhedral liquid marbles (2019)
  • 著者名/発表者名: Syuji Fujii, Florian Geyer, Yuta Asaumi, Doris Vollmer, Hans-Jurgen Butt, Junya Fujiwara, Yoshinobu Nakamura
  • 学会等名: 258th ACS National Meeting & Exposition
  • 国際学会
• [学会発表] 機能性高分子微粒子の気液界面吸着現象を利用した気液ソフト分散体の創出 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井秀司
  • 学会等名: 特別講義（熊本大学）
  • 招待講演
• [学会発表] 高分子微粒子安定化リキッドマーブルの創製と応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井秀司
  • 学会等名: 2019年度 第29回東海ミニシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 多面体リキッドマーブルの形状制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井秀司, 藤原準也, Florian Geyer, Doris Vollmer, Hans-Jurgen Butt, 平井智康, 中村吉伸
  • 学会等名: 第67回高分子討論会
• [学会発表] 機能性高分子粒子の創出およびその界面機能 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井秀司
  • 学会等名: 第１７４委員 第６６回研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Solid particles as smart stabilizer for soft dispersed systems (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井秀司
  • 学会等名: 特別講演（化学系企業）
  • 招待講演
• [学会発表] Stimuli-Driven Delivery and Release of Materials Using Particle-Armored Droplets (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Fujii
  • 学会等名: 32nd International Microprocesses and Nanotechnology Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Shape-designable polyhedral liquid marble (2019)
  • 著者名/発表者名: Syuji Fujii, Junya Fujiwara, Florian Geyer, Doris Vollmer, Hans-Jurgen Butt, Tomoyasu Hirai, Yoshinobu Nakamura
  • 学会等名: Okinawa Colloids 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Impact of particle size on the electrostatic method of liquid marble formation (2019)
  • 著者名/発表者名: Casey A. Thomas, Moe Kasahara, Yuta Asaumi, Syuji Fujii, Grant B. Webber, Peter M. Ireland, Erica J. Wanless
  • 学会等名: Okinawa Colloids 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Harnessing electrostatic interactions for liquid marble formation and particle separation (2019)
  • 著者名/発表者名: Grant Bruce Webber, Benjamin T Lobel, Casey A Thomas, Syuji Fujii, Peter M Ireland, Erica J Wanless
  • 学会等名: Okinawa Colloids 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 自然に学ぶものづくり (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井秀司
  • 学会等名: 克明小学校1/2成人式
  • 招待講演
• [図書] "The Principle and Physical Chemistry of Soft Interface" in "Molecular Soft-Interface Science - The Principle and Physical Chemistry of Soft Interface", Chapter 1, 3-25 (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Takiue, Y. Nonomura, S. Fujii
  • 総ページ数: 222
  • 出版者: Springer Japan
  • ISBN: 978-4-431-56877-3
• [図書] "Molecular design of Soft Interface" in "Molecular Soft-Interface Science - The Principle and Physical Chemistry of Soft Interface", Chapter 2, 29-54 (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Yusa, S. Fujii
  • 総ページ数: 222
  • 出版者: Springer Japan
  • ISBN: 978-4-431-56877-3
• [備考] 大阪工業大学工学部応用化学科高分子材料化学領域webページ
  • URL: http://www.oit.ac.jp/chem/cherry/4_lab/
• [備考] 藤井秀司 研究紹介webページ
  • URL: https://www.youtube.com/watch?v=u2TArGB-79Y&list=UUxBwz6-418ToeacGKIBtVmw&index=5
• [備考] 日本化学会新領域研究グループ（分散凝集の学理構築への科学と技術戦略）
  • URL: http://dispersion.chemistry.or.jp/
• [備考] NHK twitterで研究がハイライト
  • URL: https://twitter.com/nhk_news/status/1136460903363358720