選択的分子拡散輸送を実現するナノスケール粒子の多機能化に関する研究

纳米粒子多功能化实现选择性分子扩散输运研究

基本信息

批准号：
14702030
负责人：
佐藤洋平
金额：
$ 19.55万
依托单位：
Keio University (2003-2004)National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2002)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

分析化学分野における最先端のマイクロTASの性能を飛躍的に向上させ,新たな機能を創製するためには,マイクロチャネル内の流体(液体,特に緩衝液)中に存在する分子及び分子クラスターを,選択的にコントロール可能とする技術が必要不可欠である.最終年度では,選択的コントロールを直接的に支配する壁面・緩衝液界面に形成されるイオン層,即ち,電気二重層の時空間構造の解明を目的として,ナノスケール流体計測技術の開発を行った.レーザ光をプリズムを用いて,マイクロチャネルを形成する石英ガラスに導入し,ガラス壁面内において全反射を繰り返すことにより,界面近傍に厚さ88ナノメートルのエバネッセント光を発生させる計測システムを確立した.緩衝液中には,プラスイオンを発生させる蛍光色素を混入し,イオン濃度に応じて界面近傍に形成される電気二重層厚さが変化することから,蛍光色素からの蛍光強度と電気二重層厚さとの関係式を密閉セルを用いて求めた.マイクロTASでは,薬品や緩衝液は電界によって駆動されることから,マイクロチャネル内では電気浸透流が支配的となる.本研究では,世界で初めて,電気浸透流が支配的な流れ場における,電気二重層厚さの時空間分布の計測を行い,イオンの挙動を明らかにした.本年度の研究成果により,緩衝液中のイオン挙動が実験的に明らかにされ,従来の電気二重層に関する理論の検証,または新たな理論構築が期待される.更に,マイクロTASにおける化学反応効率は,数桁向上することが期待され,次世代マイクロ熱流体デバイスの開発に直接寄与することが可能となる.

为了显着提高分析化学领域中尖端微型骨的性能并创建新功能，该技术可以选择性地控制分子和微通道中流体（液体，尤其是缓冲液）中存在的分子簇。在最后一年，我们开发了一种纳米级流体测量技术，目的是阐明离子层的时空结构，即，在直接控制选择性控制的壁垒界面处形成的电力双层。我们建立了一个测量系统，该系统通过将激光灯引入石英玻璃中，从而在界面附近产生88纳米厚度的evanscent Light，并使用棱镜形成微通道，并在玻璃壁中重复总反射。缓冲液含有产生阳性离子的荧光染料。由于在离子浓度取决于界面附近形成的电动双层层的厚度，因此使用密封的电池确定了荧光染料的荧光强度与电动双层层的厚度之间的关系。在Microtas中，化学物质和缓冲液由电场驱动，电流流在微通道内占主导地位。在这项研究中，在世界上首次测量了电流动流量的流场中电动双层厚度的时空分布，并揭示了离子的行为。今年的研究结果已经得到了实验揭示，预计将验证缓冲溶液中的离子行为，并验证常规电力双层的理论或可以构建新理论。此外，预计在微骨中化学反应的效率将通过几个数量级提高，从而可以直接有助于下一代微热流体设备的发展。