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2020 年度 実績報告書

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
研究機関豊橋技術科学大学

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
キーワード分子流体力学 / マイクロ・ナノ工学 / イオン電流 / クロマトグラフィ
研究実績の概要

本研究では,微視的スケールの流体現象に関する学術の深化と新奇流体計測技術の創出を目的とし,「イオン電流で流れを創り」,「イオン電流で流れを測る」ための原理を確立する.液中のイオン輸送が周囲溶媒の流動を引き起こす電気流体力学流れをはじめとするマイクロ・ナノスケールの微視的な流体現象を具現化し,微小ガラス電極を用いた流体計測法を提案するとともに,不均一イオン電流を利導したμイオンクロマトグラフィの実現と応用を目指す.

これまでに,電解質溶液中の電気的中性が乱れる場に起因して,液中のイオン輸送により引き起こされる電気流体力学流れや電気浸透流が発生することを確かめてきた.そのなかで,局所的なイオン濃度測定技術の開発の必要性が見い出されたことにより,本研究では,微小ガラス電極を作製し,液中のイオン濃度場とその変化を捉えることによる微視的スケールの流動現象の解明を試みた.まず,流路中央部にオリフィスを作製し,イオン電流環境下において,ガラス電極を走査することにより,液中の局所的な電場が明らかになるとともに,電流電圧特性から電解質濃度を10%以下の誤差で測定可能であることを確かめた.検査部の局所電場測定を可能とすることにより,校正を必要としない濃度測定技術が確立された.また,2連管のガラス電極を用いることにより,液中のpH測定を可能とし,pH 1~pH 10の範囲で線形な電流電圧特性を得ることができたことより,プロトンについては広範囲の濃度測定が実現された.

マイクロ・ナノスケールの流路内部にナノオリフィス構造を作り,そこを通過する微粒子のイオン電流応答を調べることにより,現象の詳細と液内部の状態を明らかにした.特に,表面性状の異なるポリスチレン粒子と金粒子が流動によりオリフィスを通過するときのイオン電流応答の差異が明らかにされ,液中の微小な濃度場の差を捉えることに成功した.

現在までの達成度 (段落)

令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件) 備考 (1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 ページ: 9507~9515

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.1c01804

    • 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 ページ: 10627~10637

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.0c00575

    • 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
  • [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
  • [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
  • [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)
    • 国際学会
  • [備考] TUT環境熱流体工学研究室

    • URL

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

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公開日: 2021-12-27  

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