| 研究課題/領域番号 |
24310101
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 研究機関 | 奈良先端科学技術大学院大学 |
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研究代表者 |
垣内 喜代三 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (60152592)
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| 研究分担者 |
太田 淳 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (80304161)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | マイクロ・ナノデバイス / 有機光反応 / マイクロリアクター / フローリアクター / オンタイム計測 / CMOS半導体集積回路技術 / 不斉[2+2]付加環化反応 / 光分解性化合物 |
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| 研究概要 |
本研究では、CMOSインテリジェントセンサを集積化したマイクロフローリアクターを作製し、それを用いたオンタイム有機光反応システムを開発することを目的とし、高速、高収率、高選択的な有機光反応の実現を目指した。この目的の達成のために、本年度は、マイクロフローシステムの有機光反応への適用と、オンチップ偏光センサの試作・改良を行った。
まず、マイクローフローシステムの優位性や問題点の解明を目的に、バッチ型光反応系とマイクロフローリアクターを用いた光反応系との比較検討を行った。マレイン酸とイソプリピルアルコールとの光付加環化反応では、バッチ型反応器と比べ、マイクロリアクターとマイクロキャピラリーリアクターのどちらも収率やエネルギー効率で優れた結果を与えた。一方、ブテノリドとシクロペンテンとの[2+2]光付加環化反応においては、フローリアクターの外側に置いた光源から光照射した場合、バッチ型反応器に比べ、反応時間は短縮できたものの、エネルギー効率は劣る結果となった。これらの結果より、エネルギー効率の良い光反応には、光源のエネルギーを無駄なく利用する装置のセットアップが重要であることが明らかとなった。さらに、選択性の向上を目指して様々な反応場での不斉[2+2]光反応を行い、新しい光分解性化合物の光挙動をマイクロリアクターを用いて検討した。
オンチップ偏光センサの試作・改良においては、CMOS半導体集積回路技術による専用偏光計測センサを利用したin situ不斉計測システムの構築を目指し、(1)インライン型不斉計測デバイスの小型化と計測機能の向上、(2)超微細半導体プロセスの導入によるセンサ性能向上を行った。現在までにフローセル内圧や特定の溶媒において計測機能が不安定となっている問題点はあるものの、超微細半導体プロセスの導入により、6倍以上の偏光分解能が達成できている。
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| 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
これまでにマイクロリアクター並びにマイクロキャピラリーリアクターを導入することで、高効率な光反応が達成可能であることや、エネルギー効率を上げるための最適な光の照射方法について明らかにすることができている。オンライン観察技術についても、計測機能が不安定であるという問題点はあるものの、測定自体は可能となっておりかつ偏光分解能の向上も達成できていることから、おおむね順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
光反応については、マイクロリアクターやフローマイクロリアクターを用いて更に多様な有機光反応を検討し、マイクローフローシステムの確立を目指す。オンライン観察技術については、計測機能の安定化を第一に目指し、目標であるオンライン観察の達成を目指す。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
オンライン計測に関して、予想以上に計測の不安定さが解消できず、原因を追究するために改良版試作を中止したため、未使用額が発生した。次年度は本年度追究できた原因の対策を踏まえた試作を実施し、計測機能の安定化を目指す。光反応に関しては、不斉Paterno-Biichi反応や不斉光誘起付加反応などを検討し、マイクロリアクターを用いる光反応の分子設計に対する指針を得ることを目指す。
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