ナノスケールで物質の濃縮効果を発見 ~ナノ流体デバイスによる超微小気液界面の作製と効果~

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2021-10-14 大阪府立大学,科学技術振興機構

ポイント
  • 髪の毛の数百分の1の太さの流路を持つナノ流体デバイスで、ナノスケールの気体と液体が接する界面(超微小気液界面)を作製することに成功した。
  • ナノスケールの超微小気液界面で物質が濃縮される現象を見いだした。
  • 今後、極微量の物質やウイルスなどの生体試料を濃縮するなど、化学工学、材料合成、生命科学、創薬、エネルギー、環境などの幅広い分野における新たな分離分析および合成技術として期待できる。

大阪府立大学(学長:辰巳砂 昌弘) 大学院工学研究科 化学工学分野の許 岩 准教授、川岸 啓人 大学院生および量子放射線工学分野の川又 修一 教授の共同研究グループは、独自のナノ流体デバイス工学技術を駆使して、髪の毛の数百分の1の太さであるナノ流路に、極めて高精度、均一かつ安定にナノスケールで気体と液体が接する界面(超微小気液界面)を作製することに成功しました。この超微小気液界面はナノ流路内に並べることができ、また任意な位置に移動することもできます。さらに、この超微小気液界面ができる際に、物質が濃縮される現象を新たに発見しました。この現象はナノ空間の特別な物理化学に起因すると考えられます。

気液界面は、濃縮、反応、分離、冷却、脱塩、ガス吸収、エネルギー輸送などの化学、物理、バイオのプロセスを行う場として、幅広い分野で利用されています。近年では、さまざまな物質や生体試料を極微量かつ高効率で単離、操作、分析、合成するために、気液界面をナノメートルスケールまで微小化することが求められています。しかし、その界面をナノスケールで精密に制御して作製することは難しく、挑戦的な課題となっていました。本研究では、ナノ流体デバイスという最先端のデバイスを用いてこの課題を解決し、気液界面をこれまでにない超微小サイズ(数百ナノメートルスケール)かつ超高精度(界面位置は誤差数十ナノメートル以下)で作製できるようにしました。今後、この技術は化学、物理、バイオ、創薬などの分離分析および合成において画期的な革新をもたらすと予測されます。例えば、極微量の生体試料から未知のウイルスやエクソソーム、さまざまな疾患のバイオマーカーなどの生体分子を簡便かつ高精度に分離分析できる医療機器や診療技術のための新たな基盤技術として寄与することが期待できます。

本研究成果は、2021年10月14日(日本時間)に、米国科学雑誌「Nano Letters」のオンライン速報版で公開されます。

本研究は、科学研究補助金・挑戦的萌芽研究(26630403)、基盤B(18H01848)、基盤A(21H04640)、学術変革領域研究A(21H05231)など8件、JST戦略的創造研究推進事業 さきがけ「生体における微粒子の機能と制御」研究領域 研究課題「aifAによるエクソソームの1ステップ単離配列と1粒子統合解析」(JPMJPR18H5)、および大阪府立大学SiMSプログラムからの支援を受けて行われました。

詳しい資料は≫

<論文タイトル>
“Fabrication of nanoscale gas-liquid interfaces in hydrophilic/hydrophobic nanopatterned nanofluidic channels”
DOI:10.1021/acs.nanolett.1c02871
<お問い合わせ先>

<研究に関すること>
許 岩(シュウ イェン)
大阪府立大学大学院 工学研究科 准教授

<JST事業に関すること>
保田 睦子(ヤスダ ムツコ)
科学技術振興機構 戦略研究推進部 ライフイノベーショングループ

<報道担当>
大阪府立大学 広報課
荒岸 奈緒子(アラギシ ナオコ)

科学技術振興機構 広報課

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