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2011 年度 実績報告書

制限ナノ空間における量子・分子流動ダイナミクスの学理構築

研究課題

研究課題/領域番号 22246022
研究機関大阪大学

研究代表者

川野 聡恭  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (00250837)

研究分担者 土井 謙太郎  大阪大学, 基礎工学研究科, 講師 (20378798)
新宅 博文  大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (80448050)
キーワード分子流体力学 / バイオナノ流動ダイナミクス / DNAシーケシング / イオンチャネル / 次世代電池 / 人工臓器 / 環境工学 / 神経科学
研究概要

本研究では,制限ナノ空間における溶媒および溶質分子の高次構造,流動性および電気特性の高速・高精度解析を目指し,量子・分子流動ダイナミクスに基づく新しい数理体系の構築とその応用技術を探索する.系に異種界面を包含し,バルクとは異なる分子流動場を制限ナノ空間として統一的に捉え,境界条件や拘束条件下で発現する新奇な物理・化学・生命現象を見出すとともに,これらの理論並びに実験の両面からの解明を目指す.バイオチノテクノロジー,生命機能および環境保全分野における先端的応用技術に関連してナノ孔によるDNAシーケンシングや分子トモグラフィー技術開発,生体膜におけるイオンチャネル内の分子流動あるいは燃料電池内異種界面におけるプロトン輸送等の解明が期待される.
平成23年度は,実施計画に挙げたように,最先端のMEMS/NEMS技術を導入することでDNAの持続長と同程度の長さスケールを持つ流路の作製を可能とし,それを用いてλDNAの流動を可視化観察に成功した.制限ナノ空間においてλDNAの電気移動度に明確な差が現れ,バルクとは異なる流動特性が明らかにされた.本課題は,当初の目的を達成し,その成果は米国機械学会誌亀(ASME J.Fluids Eng.)に掲載された.もう一つの課題として,イオン交換膜を介したプロトン流動の計測とその制御を試みた.イオン交換膜に蒸着された外部銀電極により,プロトン流動を能動制御することにより,過電圧が抑制されることが示された.この物理現象に関して理論モデルを用いて説明を行った.また,固体高分子膜の分子構造がプロトン伝導に影響を及ぼすことから,膜構造を評価するための解析手法を考案した.この成果は,米国物理学会誌(Phys.Rev.E)に掲載され,さらに国際会議および国内専門学会にて発表を行った,その他,次年度の目標を運成するための基礎実験ならびに理論構築を行った.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

上述の課題について,申請時に計画したロードマップに従って順調に目標が達成されていると言える.研究成果については,学術論文として出版,国際会議発表および国内専門学会発表が行われていることからも研究計画が着実に進行していることがわかる.

今後の研究の推進方策

本年度まで研究分担者であった新宅助教がその任を外れることとなるが,実験手順の確立と実験設備がほぼ整ったこともあり,引き継ぎが順調に行われたため今後の研究計画に大幅な変更なく継続実行できると考えている.

  • 研究成果

    (31件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (24件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Electrical detection of single pollen allergen particles using electrode-embedded microchannels2012

    • 著者名/発表者名
      C.Kawaguchi, T.Noda, T.Tsutsui, M.TanigucM, S.Kawano, T.Kawai
    • 雑誌名

      Journal of Physics : Condensed Matter

      巻: Vol.24 ページ: 164202-1-164202-6

    • DOI

      10.1088/0953-8984/24/16/164202

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Piezoelectric Materials Mimic the Function of the Cochlear Sensory Epithelium2011

    • 著者名/発表者名
      T.Inaoka, H.Shintaku, T.Nakagawa, S.Kawano, H.Ogita, T.Sakamoto, S.Hamanishi, H.Wada, J.Ito
    • 雑誌名

      Proc.Natl.Acad.Sci.USA

      巻: Vol.108 ページ: 18390-18395

    • DOI

      10.1073/pnas.1110036108

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characterization of polymer structures based on Burnside's lemma2011

    • 著者名/発表者名
      K.Doi, K.Kato, S.Kawano
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: Vol.84 ページ: 011805-1-011805-8

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.84.011805

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical model of nanoparticle detection mechanism in microchannel with gating nano probe electrode2011

    • 著者名/発表者名
      K.Doi, M.Ueda, S.Kawano
    • 雑誌名

      Journal of Computational Science and Technology

      巻: Vol.5 ページ: 78-88

    • DOI

      10.1299/jcst.5.78

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ab initio molecular dynamics of H_2 dissociative adsorption on graphene surface2011

    • 著者名/発表者名
      K.Doi, I.Onishi, S.Kawano
    • 雑誌名

      CMES : Computer Modeling in Engineering & Sciences

      巻: Vol.77 ページ: 113-136

    • DOI

      doi:10.3970/cmes.2011.077.113

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrokinetic Flow Dynamics of Weakly Aggregated λDNA Confined in Nanochannels2011

    • 著者名/発表者名
      S.Uehara, H.Shintaku, S.Kawano
    • 雑誌名

      ASME Journal of Fluids Engineering

      巻: Vol.133 ページ: 121203-1-121203-8

    • DOI

      10.1115/1.4005343

    • 査読あり
  • [学会発表] VFP補助人工心臓の性能評価に関する実験的研究2012

    • 著者名/発表者名
      宮川紗希, 生原尚季, 加賀谷洋一, 川野聡恭
    • 学会等名
      第24回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス
    • 年月日
      2012-01-08
  • [学会発表] Molecular Fluid Dynamics in Advanced DNA Sequencers2011

    • 著者名/発表者名
      Satoyuki Kawano
    • 学会等名
      International Workshop on Micro/Nano-Engineering
    • 発表場所
      ROHM Plaza, Katsura Campus, Kyoto Univ.(招待講演)
    • 年月日
      2011-12-18
  • [学会発表] Development of coarse-grained model for molecular dynamics simulations of Li+ions in mixed solvents2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Nishiyama, K.Doi, S.Kawano
    • 学会等名
      International Workshop on Micro/Nano-Engineering
    • 発表場所
      ROHM Plaza, Katsura Campus, Kyoto Univ.
    • 年月日
      2011-12-18
  • [学会発表] Molecular dynamics simulations on DNA stretching near nanopillar2011

    • 著者名/発表者名
      K.Morita, K.Doi, S.Kawano
    • 学会等名
      International Workshop on Micro/Nano-Engineering
    • 発表場所
      ROHM Plaza, Katsura Campus, Kyoto Univ.
    • 年月日
      2011-12-18
  • [学会発表] Control of DNA Conformation Using Rapid Change of Applied Voltage to Interdigitated Electrodes2011

    • 著者名/発表者名
      N.Yukimoto, S.Uehara, H.Shintaku, S.Kawano
    • 学会等名
      International Workshop on Micro/Nano-Engineering
    • 発表場所
      ROHM Plaza, Katsura Campus, Kyoto Univ.
    • 年月日
      2011-12-18
  • [学会発表] Experimental System for Performance Evaluation of Micro-Vibrating Flow Pumps2011

    • 著者名/発表者名
      O.O.Osman, H.Shintaku, S.Kawano
    • 学会等名
      International Workshop on Micro/Nano-Engineering
    • 発表場所
      ROHM Plaza, Katsura Campus, Kyoto Univ.
    • 年月日
      2011-12-18
  • [学会発表] Theoretical Models for Moving λDNA through Nanogap Electrodes2011

    • 著者名/発表者名
      S.Uehara, M.Tsutsui, H.Shintaku, K.Doi, M.Taniguchi, S.Kawano, T.Kawai
    • 学会等名
      International Workshop on Micro/Nano-Engineering
    • 発表場所
      ROHM Plaza, Katsura Campus, Kyoto Univ.
    • 年月日
      2011-12-18
  • [学会発表] 厚み変化を有する微小振動梁アレイのグレイスケールリソグラフィによる製作2011

    • 著者名/発表者名
      小林誉幸, 新宅博文, 川野聡恭
    • 学会等名
      日本機械学会第3回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
    • 発表場所
      タワーホール船堀,東京
    • 年月日
      2011-09-26
  • [学会発表] 混合溶媒の粗視化モデルによるリチウムイオン流動シミュレーション2011

    • 著者名/発表者名
      西山裕太, 土井謙太郎, 川野聡恭
    • 学会等名
      日本機械学会2011年度年次大会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス
    • 年月日
      2011-09-14
  • [学会発表] 広帯域MEMS人工基底膜の振動特性2011

    • 著者名/発表者名
      新宅博文, 太田英明, 川野聡恭
    • 学会等名
      日本機械学会2011年度年次大会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス
    • 年月日
      2011-09-14
  • [学会発表] 極性溶媒分子との相互作用を考慮したリチウムイオン流動の理論モデルと分子流動解析2011

    • 著者名/発表者名
      土井謙太郎, 川野聡恭
    • 学会等名
      日本機械学会2011年度年次大会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス
    • 年月日
      2011-09-14
  • [学会発表] PEFC触媒層に対する局所的酸素供給と出力向上の関係2011

    • 著者名/発表者名
      山成雄一, 土井謙太郎, 川野聡恭
    • 学会等名
      日本機械学会2011年度年次大会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス
    • 年月日
      2011-09-13
  • [学会発表] 陽イオン交換膜への外部電場印加によるプロトン流動制御2011

    • 著者名/発表者名
      橋爪裕基, 土井謙太郎, 川野聡恭
    • 学会等名
      日本機械学会2011年度年次大会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス
    • 年月日
      2011-09-13
  • [学会発表] 配向性を有する鎖状高分子の力場決定に対する群論の応用2011

    • 著者名/発表者名
      土井謙太郎, 川野聡恭
    • 学会等名
      本流体力学会年会2011
    • 発表場所
      首都大学東京南大沢キャンパス
    • 年月日
      2011-09-09
  • [学会発表] 単分子流動ダイナミクスの制御に向けたマイクロ/ナノ流路の開発2011

    • 著者名/発表者名
      松原一喜, 新宅博文, 大城敬人, 古橋匡幸, 筒井真楠, 谷口正輝, 川野聡恭, 川合知二
    • 学会等名
      第72回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      山形大学小白川キャンパス
    • 年月日
      2011-09-02
  • [学会発表] ナノギャップ電極を用いた花粉アレルゲンの一粒子検出2011

    • 著者名/発表者名
      川口千尋, 谷口正輝, 筒井真楠, 川野聡恭, 川合知二
    • 学会等名
      第72回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      山形大学小白川キャンパス
    • 年月日
      2011-09-02
  • [学会発表] Electrical Detection of Pollen Allergen using Electrode-Embedded-Micro-Channel2011

    • 著者名/発表者名
      C.Kawaguchi, M.Taniguchi, M.Tsutsui, S.Kawano, T.Kawai
    • 学会等名
      ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2011
    • 発表場所
      ACT City Congress Center Hamamatsu, Japan
    • 年月日
      2011-07-26
  • [学会発表] Development of Bionic Auditory Membrane with Non-Uniform Thickness for Acoustic Sensor with Wide-Range Frequency Selectivity2011

    • 著者名/発表者名
      H.Shintaku S.Kawano
    • 学会等名
      ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2011
    • 発表場所
      ACT City Congress Center Hamamatsu, Japan
    • 年月日
      2011-07-26
  • [学会発表] Experimental Study on Flow Control of λDNA in Electrode-Embedded Microchannel2011

    • 著者名/発表者名
      S.Uehara, N.Yukimoto, H.Shintaku, S.Kawano
    • 学会等名
      ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2011
    • 発表場所
      ACT City Congress Center Hamamatsu, Japan
    • 年月日
      2011-07-26
  • [学会発表] Development of an Electron Scattering Model to Detect Differences in DNA Base Molecules2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Nishioka, K.Doi, S.Kawano
    • 学会等名
      ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2011
    • 発表場所
      ACT City Congress Center Hamamatsu, Japan
    • 年月日
      2011-07-25
  • [学会発表] Improvement of Proton Conduction in PEFC by Applying External Perturbations2011

    • 著者名/発表者名
      H.Hashizume, K.Doi, S.Kawano
    • 学会等名
      ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2011
    • 発表場所
      ACT City Congress Center Hamamatsu, Japan
    • 年月日
      2011-07-25
  • [学会発表] Theoretical Development of Predicted Iteration Method for Considering Electron Dynamics in Quantum Molecular Dynamics2011

    • 著者名/発表者名
      K.Doi, S.Kawano
    • 学会等名
      ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2011
    • 発表場所
      ACT City Congress Center Hamamatsu, Japan
    • 年月日
      2011-07-25
  • [学会発表] Flow Visualization around Actuating Valve of Micro-Vibrating Flow Pump2011

    • 著者名/発表者名
      O.O.Osman, H.Shintaku, S.Kawano
    • 学会等名
      ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2011
    • 発表場所
      ACT City Congress Center Hamamatsu, Japan
    • 年月日
      2011-07-25
  • [学会発表] プロジェクトHIBIKI:MEMS技術による新しい人工聴覚上皮の開発2011

    • 著者名/発表者名
      川野聡恭
    • 学会等名
      第112回日本耳鼻咽喉科学会総会・学術講演会
    • 発表場所
      国立京都国際会館(招待講演)
    • 年月日
      2011-05-19
  • [備考]

    • URL

      http://bnf.me.es.osaka-u.ac.jp/

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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