2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study on an integrated nano/micro system for invetigating intercellar commnication
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17H02755
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
山口 明啓 兵庫県立大学, 高度産業科学技術研究所, 准教授 (70423035)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 啓介 岐阜大学, 工学部, 助教 (50721792)
内海 裕一 兵庫県立大学, 高度産業科学技術研究所, 教授 (80326298)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ナノ・マイクロシステム / 分子イメージング / 分子センシング / X線 / 選択熱化学エッチング / PTFE / 人工磁性体 / 異種材料ヘテロ接合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
統合ナノマイクロシステムに必要なマイクロ流体デバイスの設計および構築に関する要素技術開発や科学的な基礎研究を行った。
まず、ナノ・マイクロシステムのための流体プラットフォームとして、X線選択熱化学エッチングによるPTFEチップ創製におけるエッチング機構の究明とナノ・マイクロ構造を創製するための適切なプロセス条件を調べた。特に本年度はX線照射時における発熱抑制のための熱交換ガス分圧依存性などを調査し、加工精度の向上をある程度実現することができた。さらに、作製したPTFEチップを基板・電極等へ接合する技術基盤の確立を目指し、プロセス開発を行ったところ、比較的低温（180℃以下）で接合することに成功した。ただし、密着性等の向上を目指して研究開発を今後も継続して行う必要があることが分かった。
次に、伝達信号等の検出基盤の創製を行うために、分子イメージング機構の創製を行った。ここでは、表面増強ラマン散乱を用いたイメージングを行うため、顕微ラマンシステムの構築とセンサーとなるナノ粒子構造体の創製を行った。実施例として、生体材料等へのナノ粒子構造体の付与や導入を行い、分子分布のイメージングがある程度可能であることを確認した。今後の課題としては、ナノ粒子構造体のデリバリーや特異吸着性などを考慮した設計指針を立て、ナノ粒子構造体の創製を行う。
また、微小磁性体を用いたナノ・マイクロ磁気イメージング系を構築するために、局所的な磁気共鳴を励起する素子の開発を進めている。今回は、強誘電体／強磁性体界面によって発現する人工磁性体中の縞状磁区構造の強磁性共鳴現象の測定に成功し、その物理機構の究明と応用研究への展開を行った。調和振動子モデルを仮定することで、現象を定性的に説明できることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
統合ナノ・マイクロシステムの創製に必要な要素技術の研究開発を研究計画に基づき進めている。本年度の研究実績概要で述べたように、
[1] ナノ・マイクロシステムのための流体プラットフォーム創製においては、PTFEチップ創製のためのX線選択熱化学反応機構の基本原理の究明を行っている。X線照射時の熱交換ガスHeの分圧依存性を調べた結果、基本的にはX線による分子鎖切断機構が主たる寄与をして、化学量論組成に従うような反応機構が進行することをラマン分光やFTIR測定などから明らかにした。さらに加工したPTFEチップを金属と接合するプロセスについても研究開発を進め、はんだペーストによる接合が可能であることを示した。接触抵抗や密着性などには解決するべき問題点があるが、接合できないという点は回避されているので、研究開発を次の過程に進めることができると考えられる。ポンプ機能および粉体輸送機能については、現在、圧電体基板上にシステムを構築して、実験を進める様に準備している。
[2] 伝達信号等の検出基盤の創製として、分子センシングおよび分子イメージングを行うためのシステムならびにナノ粒子構造体の創製を行っている。システムでは、高次ナノ構造体をLab-on-a-chipの一部を抽出した仕組みを創製して、簡易ラマン分光器で超高感度・迅速分子検出ができることを示した。分子イメージングでは、作製したナノ粒子構造体を生体材料に導入して、その分子イメージングを撮影できることが分かった。ナノ粒子構造体の最適化などを現在進めている。局所磁気イメージングを行うための磁気共鳴素子として強誘電体／強磁性体ヘテロ接合素子を創製し、その磁気共鳴測定を行っている。ヘテロ接合によって発現する磁気異方性によって磁気共鳴の振る舞いが変調されることが分かった。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究開発計画に大きな変更点は現在のところ認められない。したがって、現在の研究開発計画に基づき、研究を行う。
[1] ナノ・マイクロシステムのための流体プラットフォームでは、加工精度を向上させて、流路形成を行う予定である。設計した流体プラットフォームに電極形成を行い、単位化学操作と合わせて電気的な応答特性も取得できるシステム構築を引き続き行う。特にPTFEを構成材料とするナノ・マイクロシステムでは電極のPTFEへの接合・実装が課題になる。現在のところ、ある程度は接合できることが分かっているので、その範囲内での電極形成とデバイスの機能確認は可能である。したがって、プラットフォームを創製して、実際に稼働させてみるという実験とさらに精度よく電極形成などを行う技術開発を同時に進めていくことで、最終的に加工精度が高く、様々な機能性を有するプラットフォーム創製が実現できるように進めていく。
[2] 伝達信号等の検出基盤の創製においても、[1]と同様である。特に分子センサーおよび分子イメージングを担うナノ粒子構造体の非特異吸着をさけるための表面改質や表面構造の制御機構の研究開発が重要であると考えられる。今後は、この表面構造の制御機構に注力して研究を推進する。磁気イメージング素子では、現在、異種材料ヘテロ接合によって発現する磁気異方性による磁区構造あるいは磁化反転機構の制御に注力しているが、感度向上や統合ナノ・マイクロシステムへの組み込みなども考慮した素子の研究開発フェーズに移行していきたいと考えている。
統合ナノ・マイクロシステムを試作しながら、基本操作系の構築と確認を行い、細胞や生体材料を搭載した系での実験を進めていく方針である。
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