テーラーメード型アンチファウリング膜表面設計方法論の構築

开发定制的防污膜表面设计方法

• 批准号: 21H01686
• 负责人: 山口 猛央
• 金额: $ 10.98万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01686/
• 关键词: 水処理膜; ファウリング; ドーパミン; 水晶振動子マイクロバランス; データサイエンス; 水晶振動子マイクロバランス法; 機械学習; 水処理

水処理膜技術は、低消費エネルギーや低環境負荷の観点から、水不足問題に貢献する重要な技術であるが、不純物が膜細孔内に目詰まりする膜ファウリング現象が大きな課題となっている。そこで本研究では、多孔質膜表面へ精密に親水性ポリマーを修飾する手法を構築し、さらに水晶振動子マイクロバランス(QCM-D)測定による精密改質表面のスクリーニング、及びデータサイエンスを駆使した水質ごとの表面設計手法を組み合わせ、それぞれの水質でファウリングを抑制する最適な膜表面をテーラーメードに設計する手法を確立することを目的とする。本年度は、これまでに開発してきたポリドーパミンを介した精密な親水性ポリマー修飾法をQCM-D法と統合することを目指した。QCM-Dセンサー表面上に本技術を適用することによって、長さおよび密度が制御されたポリマー修飾層を形成することに成功した。さらに修飾ポリマー密度に関して詳細な検討を行ったところ、本技術ではマッシュルーム～ブラシ構造の間で自由に制御できることが明らかとなった。さらに、モデルタンパク質もしくは多糖類を混合した分析溶液をフローさせた状態でQCM-D測定を行うことにより、初めて界面が精密制御された状態で動的なファウリング挙動を追跡することに成功した。そしてpH、温度、不純物組成といった溶液条件やポリマー密度、長さを変更して系統的にファウリング挙動を調査し、機械学習への展開に向けたデータの収集を行った。

Water 処 は membrane technology, low consumption エ ネ ル ギ ー や low environment load の 観 point か ら, water shortage problem に contribution す る important な technology で あ る が, impurity content が に mesh wall within the membrane pores ま り す る membrane フ ァ ウ リ ン グ phenomenon が big き な subject と な っ て い る. そ こ で this study で へ precision に は, porous membrane surface hydrophilicity ポ リ マ ー を modified す る を build し, さ ら に crystal oscillator マ イ ク ロ バ ラ ン ス (QCM design - D) に よ る precision surface modification の ス ク リ ー ニ ン グ and び デ ー タ サ イ エ ン ス を 駆 make し た water ご と の surface design gimmick を group み close わ せ, そ れ ぞ れ の water Qualitative で フ ァ ウ リ ン グ を inhibit す る optimum な membrane surface を テ ー ラ ー メ ー ド に design す る gimmick を establish す る こ と を purpose と す る. This year は, こ れ ま で に open 発 し て き た ポ リ ド ー パ ミ ン を interface し た precision な hydrophilic ポ リ マ ー modification method を QCM design method of 3-d integration と す る こ と を refers し た. QCM design - D セ ン サ ー surface に this technology を applies す る こ と に よ っ て, long さ お よ び density が suppression さ れ た ポ リ マ を ー modified layer formed す る こ と に successful し た. さ ら に modified ポ リ マ ー density に masato し て detailed な 検 line for を っ た と こ ろ, this technical で は マ ッ シ ュ ル ー ム ~ ブ ラ シ で freedom between tectonic の に suppression で き る こ と が Ming ら か と な っ た. さ ら に, モ デ ル タ ン パ ク qualitative も し く は polysaccharide を mixed し た analysis solution を フ ロ ー さ せ た state で QCM design - D measuring line を う こ と に よ り, early め て interface が precision suppression さ れ た state で moving な フ ァ ウ リ ン グ 挙 dynamic を tracing す る こ と に successful し た. そ し て pH, temperature, impurity content composition と い っ た solution conditions や ポ リ マ ー density, long さ を - more し て system に フ ァ ウ リ ン グ 挙 し を investigation, rote learning へ の expand に to け た デ ー タ の 収 row っ を た.

项目成果

シクロデキストリンの分子認識に基づく高感度自律膨潤収縮ポリマーの開発

基于环糊精分子识别的高灵敏自膨胀和收缩聚合物的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: 菅原 勇貴;広瀬 敏之;川内 進;山口 猛央
• 通讯作者: 山口 猛央

高い吸着抑制表面を有する膜透過型イムノセンサの開発

具有高度吸附抑制表面的膜传输免疫传感器的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: 山下 浩輝;大柴 雄平;奥山 浩人;山口 猛央
• 通讯作者: 山口 猛央

高い検出シグナル特性を有する膜型バイオセンサーの設計

高检测信号特性的膜生物传感器设计

• 发表时间: 2022
• 作者: 竹村 一哉;奥山 浩人;山口 猛央
• 通讯作者: 山口 猛央

双性イオンポリマーを用いた多孔質膜の界面制御とアンチファウリング特性評価

两性离子聚合物多孔膜的界面控制和防污性能评价

• 发表时间: 2022
• 作者: 奥山 浩人;栗原 雄大;原田 悠祐;大柴 雄平;山口 猛央
• 通讯作者: 山口 猛央

迅速・高感度な分子検出に向けた膜型バイオセンサーのシステム設計

用于快速、灵敏分子检测的膜生物传感器系统设计

• 发表时间: 2022
• 作者: 竹村 一哉;奥山 浩人;山口 猛央
• 通讯作者: 山口 猛央