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2023 年度 実施状況報告書

ナノスケールで発現する特異的な化学反応の解明

研究課題

研究課題/領域番号 23K13652
研究機関早稲田大学

研究代表者

田中 大器  早稲田大学, ナノ・ライフ創新研究機構, 次席研究員(研究院講師) (60780195)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2025-03-31
キーワードマイクロ・ナノスケール合成場 / 微小領域光学分析
研究実績の概要

本研究では、ナノスケールで化学反応を行いこれまで未開の領域であったナノスケール特有に発現する化学反応の挙動を明らかにする。具体的には、ナノサイズの液滴を安定的かつ自在にハンドリングできる流体デバイスを開発してリアルタイム分析することでナノスケール中の化学反応がどのように進行するのかを解析する。
マイクロ流体デバイスを応用することで1-4 μmのメタノール液滴の生成に成功した(Daiki Tanaka et al. Molecules 2024, 29, 1949.)。有機溶媒での超微小反応場を創出することで化学合成への応用が広がった。当該の研究はマイクロ流体デバイス中で発現するテーリング効果を応用することで均一な超微小な化学合成場の創出を行った。これによって化学反応のスケール効果(反応場の大きさの依存性)を明らかにすることが可能となる。
微小領域の化学分析が可能な光学分析機器を開発し特許出願を行った(特願2024-005467)。当該装置は光波長200-500 nmの短波長の蛍光分析が可能である。これまでのマイクロデバイス中での分析機器は、可視光よりも長波長のものが多く金属錯体やタンパク質合成などの分析ができなかった。本研究で開発した蛍光分析装置では金属錯体の合成過程を蛍光ピークの強度の増加及びピークシフトから分析が可能である。

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

当初の計画通り数百ナノメートルからシングルマイクロメートルスケールの化学合成場の創出に成功して論文化済みである。当該の技術によって金属錯体など有機溶媒を使用した化合成実験が可能となった。しかし、アミノ酸および配位子合成に必要な試薬の納品および合成のスクリーニングが遅れており光学レーザ選定に時間を要している。
マイクロデバイスに特化した光学分析機器を開発したことで微小領域の化学反応の分析が可能になった。当該の装置は合成部分に光を当てることも可能であり、今後は光合成などへの応用も期待される。

今後の研究の推進方策

今後は、ビーカーでは合成が実現していないアミノ酸を用いた金属錯体の合成をナノスケールの反応場で合成・分析することでどのように反応が進行していくのかを明らかにする。さらに、本研究期間中に開発した光学分析器を応用することで光を使った合成や分析手法の確立も可能であると考えている。

次年度使用額が生じた理由

アミノ酸の選定および配位子の合成が遅れた影響で光学レーザの購入が遅れたため次年度に繰り越しを行った。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (1件) (うち国際学会 1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Efficient Separation of Methanol Single-Micron Droplets by Tailing Phenomenon Using a PDMS Microfluidic Device2024

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Daiki、Zheng Shengqi、Furuya Masahiro、Kobayashi Masashi、Fujita Hiroyuki、Akitsu Takashiro、Sekiguchi Tetsushi、Shoji Shuichi
    • 雑誌名

      Molecules

      巻: 29 ページ: 1949~1949

    • DOI

      10.3390/molecules29091949

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] SYNTHESIS AND ISOLATION OF METAL COMPLEX-CONTAINING PROTEINS BY SUPER WATER REPELLENT DOUBLY REENTRANT STRUCTURE UMBRELLA PILLAR ARRAY2023

    • 著者名/発表者名
      Daiki Tanaka
    • 学会等名
      Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences - Micro-Total Analysis Systems (MicroTAS 2023)
    • 国際学会
  • [産業財産権] 蛍光分析装置2024

    • 発明者名
      田中大器、小林雅史、古谷正裕、関口哲志
    • 権利者名
      田中大器、小林雅史、古谷正裕、関口哲志
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2024-005467

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公開日: 2024-12-25  

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