化学的エネルギーの直接変換により運動する機能性マイクロ／ナノロボットの構築

构建通过化学能直接转换移动的功能性微/纳米机器人

• 批准号: 14J02405
• 负责人: 吉積 義隆
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J02405/
• 关键词: マイクロ／ナノロボット; 電気浸透流; 磁性材料; 外部磁場; 陽極酸化ポーラスアルミナ; 電析; 光触媒; マイクロロボット; ナノロボット; 自己電気浸透流; 高分子電解質; 交互積層法; 変形構造; 誘電泳動; 静電誘導交流電気浸透流

生体中にはナノスケールで自律的運動や機械的仕事を行う様々な分子機構が存在し、高度かつ複雑な生命現象を支えている。このような天然ナノマシンに匹敵する素子を人工的に構築できれば、細胞工学や材料工学における有用なツールとなると期待される。こうした機能性のデバイスの創製に向けた試みが近年盛んになされているが、柔軟な分子構造が協同的に機能する天然ナノマシンのような多様な動作や高効率な仕事をさせるに至っていない。天然のナノマシンに倣い、構造中に可動部位（関節様構造）を組み込むことが有効な方策として考えられるが、そのような構造の作製は従来のフォトリソグラフィー等の微細加工技術のみでは一般的に困難であり、実験的な知見はほとんど得られていない。そこで本研究では、関節構造を持つマイクロモータの構築手法を提案し、周囲の環境に応答した変形運動といった単純な並進運動を超えた高度な運動性の実現を図った。本モータは、陽極酸化ポーラスアルミナ内で電析させた酸化銅(I)／金／ニッケルマイクロロッドを基本構造としている。ここで、ニッケル部位は外部磁場により予め磁化されており、例えば、２本の酸化銅(I)／金／ニッケルロッドを近接させることでニッケル部位同士を結合させ、関節構造を持つマイクロモータを形成することができる。本モータを純水中で観察すると、ブラウン運動による接合部のゆらぎが観察された。このことより、この関節が可動的なものであることが分かる。さらに、紫外光照射下での過酸化水素水溶液における酸化銅(I)／金上での電気化学反応による自発駆動力と、外部磁場の印加との組み合わせにより、関節構造の可逆的な開閉運動が実現された。以上は、可動部位を持つ構造の作製法とその力学的挙動の実験的評価手段を提供するものである。これにより、高度な運動性を有するマイクロモータの構築の一つの道筋が示されるものと考えられる。

In the living body に は ナ ノ ス ケ ー ル で self-discipline movement や mechanical shi line things を う others 々 な molecular institutions exist が し, highly か つ complex 雑 な life phenomenon with を え て い る. こ の よ う な natural ナ ノ マ シ ン に match す る element of に を artificial construct で き れ ば や materials engineering, cell engineering に お け る useful な ツ ー ル と な る と expect さ れ る. こ う し た functional の デ バ イ ス の created に to け た try み が in recent years, sheng ん に な さ れ て い る が molecular structure, soft な が synergy に function す る natural ナ ノ マ シ ン の よ う な many others な action や high working rate な shi matter を さ せ る に to っ て い な い. Natural の ナ ノ マ シ ン に imitation い, structure of に movable parts (masato others in structure) を group み 込 む こ と が have sharper な order と し て exam え ら れ る が, そ の よ う な tectonic の cropping は 従 to の フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ ー の の microfabrication techniques such as み で は general に difficult で あ り, be 験 な know see は ほ と ん ど must ら れ て い な い. そ こ で this study で は, masato section structure を つ マ イ ク ロ モ ー タ の construct technique proposed を し, zhou 囲 の environment に 応 answer し た - shaped movement と い っ た 単 pure な hand movement を super え た highly な motility の be presently を 図 っ た. This モ ー タ は, anode acidification ポ ー ラ ス ア ル ミ ナ で inside electrode さ せ た acidic copper (I)/gold / ニ ッ ケ ル マ イ ク ロ ロ ッ ド を basic construction と し て い る. こ こ で, ニ ッ ケ ル parts は external magnetic field に よ り to め magnetization さ れ て お り, example え ば, 2 this の acidic copper (I)/gold / ニ ッ ケ ル ロ ッ ド を nearly meet さ せ る こ と で ニ ッ ケ ル parts with "を さ せ, masato section structure を つ マ イ ク ロ モ ー タ を form す る こ と が で き る. In this モ モ タを タを pure water, で観 is observed to すると, and the による joint of ブラウ <e:1> motion is observed to された. The とよ とよ of the が of the が of the joint is movable, and the な である である とが とが is る. さ ら に, under uv irradiation で の water element solution acidification passes に お け る acidic copper (I)/gold on で の electric chemical anti 応 気 に よ る since 発 駆 power と, external magnetic field の Inca と の group み close わ せ に よ り, masato section structure の reversible な opening and closing movement が be presently さ れ た. The above する, movable parts を support the <s:1> structure <s:1> manufacturing method とそ the mechanical 挙 dynamic <s:1> experimental evaluation 価 means を provide する する <s:1> である である である. こ れ に よ り, highly な motility を have す る マ イ ク ロ モ ー タ の constructs a つ の の way reinforced が shown さ れ る も の と exam え ら れ る.

项目成果

化学的エネルギーにより自発駆動する機能性マイクロモータの構築

构建由化学能自发驱动的功能性微电机

• 发表时间: 2015
• 作者: 吉積義隆;伊達雄亮;横川雅俊;鈴木博章
• 通讯作者: 鈴木博章

高次な運動挙動発現を目指した柔軟構造を有するマイクロモータの構築

构建具有柔性结构的微电机，旨在实现高阶运动行为

• 发表时间: 2016
• 作者: 吉積義隆;横川雅俊;鈴木博章
• 通讯作者: 鈴木博章

Self-Deformable Micro/nanomotors with Organic-Inorganic Hybrid Structures

有机-无机杂化结构自变形微/纳米电机

• 发表时间: 2016
• 作者: Yoshitaka Yoshizumi;Masatoshi Yokokawa;Hiroaki Suzuki
• 通讯作者: Hiroaki Suzuki

Bio-Microsystem Laboratory (鈴木・横川研究室webページ)

生物微系统实验室（铃木/横河实验室网页）

柔軟構造を有する自己伸張マイクロモータの構築

柔性结构自伸缩微电机的构建

• 发表时间: 2015
• 作者: 吉積義隆;横川雅俊;鈴木博章
• 通讯作者: 鈴木博章