アメーバ型分子ロボットを目指した水中の金電極上における油滴の並進運動機構の開発

针对阿米巴型分子机器人开发油滴在水下金电极上的平移运动机构

• 批准号: 19J11159
• 负责人: 諸岡 哲朗
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Nagasaki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J11159/
• 关键词: 両親媒性分子; 自己集合膜; 電位駆動; エレクトロウェッティング; 表面増強赤外分光測定; 単結晶金電極; 接触角; ビオロゲン

方向性を持って長距離を這動する油滴をアメーバ型分子ロボットのプロトタイプとして創出することを目標として、油滴が酸化還元反応によって駆動されて、電極上で繰り返し並進運動する機構の開発に取り組んだ。この目的のため、電極上での並進運動機構として、(1) 電極/水界面にある油滴の水との界面（油水界面）に両親媒性分子の自己集合膜を形成させ、(2) 酸化還元反応によって自己集合膜を膨張膜から凝縮膜へ相転移させ、(3) 自己集合膜の分子密度の変化を油滴の駆動力へと変換する系の構築を目指した。その過程で、酸化還元反応による構造変化に伴って膨張膜から凝縮膜になる酸化還元活性なビオロゲンを親水基とした両親媒性分子を新規合成した。また、電極表面に共存した油滴と界面活性剤との電位に応答した動的挙動について分子レベルで理解するために、電気化学測定や表面増強赤外反射分光測定を用いて精査した。ある電位範囲では、油滴と界面活性剤の自己集合膜が混合した混合膜が形成しており、その構造は界面活性剤の自己集合膜よりも流動的である一方、油滴のみの状態よりも秩序があることを分光測定によって明らかにした。より正の電位範囲では、界面活性剤が単独でより密な自己集合膜を形成し、油滴と分離することも明らかにした。さらに、油滴の単結晶金電極表面に対する付着エネルギーのElectrowetting 現象に対する効果について検討した。電極表面に対する付着エネルギーが小さい液体を用いたことによって、電極/水界面の界面エネルギーの電位に依存した変化が接触角の電位変化に顕著に反映された。同じ電位範囲でも付着エネルギーを変えることによって油滴の形状変化を増幅させることを可能にした。以上の結果は、分子ロボットのプロトタイプである油滴の移動を基板上で制御する際に付着エネルギーを考慮すべきであることを示した。

为了创建变形虫型分子机器人的原型，我们致力于开发一种机制，在该机制中，油滴由氧化还原反应驱动，并在电极上反复翻译。为此，我们旨在创建一个系统，在该系统中，（1）在电极/水界面（油水界面）处的油滴的界面形成（2）自构材料从膨胀膜到凝结膜的自我反应膜的反应和（3），（2）在电极/水界面上形成（油水界面），形成（油水界面）的相位，形成（3）液滴。在此过程中，使用氧化还原活性的VIologens的两亲分子成为凝结的膜，因为亲水基团被新合成为氧化还原反应，这些反应是氧化还原活性。此外，为了理解电极表面和表面活性剂在电极表面上的电势的动态行为，使用电化学测量和表面增强的红外反射光谱仔细检查了结果。在一定的潜在范围内，混合膜是通过将油滴和表面活性剂自组装膜混合而形成的，光谱测量表明，该结构比表面活性剂自组装膜更流畅，而比单独的油脂更有序。还揭示了在更积极的电位范围内，单独的表面活性剂形成了密集的自组装膜，将其与油滴分开。此外，研究了油滴的粘附能对单晶金电极表面上电解现象的影响。通过使用对电极表面的粘附能较小的液体，电极/水界面的界面能量的电势变化在接触角的电势变化中得到了显着反映。即使在相同的潜在范围内，也可以通过更改粘附能来扩大油滴的形状变化。上述结果表明，在控制底物上的油滴运动时，应考虑粘附能，这是分子机器人的原型。

项目成果

ドデシル硫酸イオン共存下におけるAu 電極上ヘキサデカン微小滴の電位 応答挙動 :ATR-SEIRAS 測定

十二烷基硫酸根离子存在下十六烷微滴在金电极上的潜在响应行为：ATR-SEIRAS 测量

• 发表时间: 2019
• 作者: 諸岡哲朗;相樂隆正
• 通讯作者: 相樂隆正