マイクロ流体デバイスを用いた直接観察による単一基質へのコロイド沈着過程の解析

使用微流控装置直接观察分析单个基底上的胶体沉积过程

基本信息

批准号：
09J00405
负责人：
日下靖之
金额：
$ 0.9万
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：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究で開発した円柱コレクターを有するPDMSマイクロ流体チャンバーを用いて、実環境を模倣するモデルとして異符号荷電を有するコロイド懸濁液の混合系について、様々な粒径に対して沈着速度の評価を行った。その結果、同一粒径の正負帯電粒子混合系では、混合比1:1の場合にもっとも沈着速度が高く、その値は高イオン強度条件の急速沈着領域における沈着速度の約半分であること、さらに沈着速度は混合比に対して2次関数的に変化することがわかり、衝突確率から簡単なモデルで整理することができた。また沈着の直接観察が可能であるという本実験手法の特徴を利用することにより、1層目の沈着が主な初期から多層沈着へ推移していく過程を時間分解的に追跡することが可能になった。一方で、相対的に小さい粒径の正荷電粒子が共存する場合、沈着速度は塩による急速沈着領域における沈着速度よりも約3倍高い極大値を示した。SEM観察および電気泳動測定により、この増加は負荷電粒子表面にパッチ状に吸着した正荷電粒子によって荷電中和され、さらに静電的引力によって促進された結果であると考えられる。異符号コロイド粒子の大きさによって沈着速度の最大値を示すメカニズムが異なること、すなわち同じ大きさの正負荷電コロイド混合系では沈着サイトを交互に埋めていわゆるlayer-by-layer様式で沈着体が成長する場合に最も速く沈着体は成長するのに対し、相対的に小さいサイズの正帯電コロイドは負荷電コロイド表面に吸着し、パッチ状のコロイド表面を形成することによって沈着体の成長が促進することがわかった。

使用本研究中开发的带有圆柱形收集器的 PDMS 微流体室，我们评估了具有相反电荷符号的胶体悬浮液混合系统中不同粒径的沉积率，作为模拟真实环境的模型。结果，在相同粒径的正负电粒子的混合体系中，当混合比为1:1时沉积速率最高，该值大约是在下快速沉积区沉积速率的一半。研究发现，沉积速率与混合比呈二次方变化，并且可以用基于碰撞概率的简单模型来组织它。此外，利用该实验方法可以直接观察沉积的特点，可以在一段时间内跟踪从以第一层沉积为主的初始阶段到多层沉积的转变过程。就这样解决了。另一方面，当相对较小的带正电粒子共存时，沉积速率达到最大值，比快速盐沉积区域高出约三倍。 SEM观察和电泳测量表明，这种增加被认为是带正电的颗粒吸附在带负电的颗粒表面上的斑块中的电荷中和的结果，并通过静电引力进一步促进。显示最大沉积速率的机制根据相反符号的胶体颗粒的大小而不同。换句话说，在相同大小的带正负电的胶体的混合体系中，沉积位点交替填充并形成沉积物。所谓逐层方式，当胶体生长时，沉积物生长最快，而尺寸相对较小的带正电的胶体吸附到带负电的胶体表面，形成斑片状的胶体表面，从而促进沉积物的生长。我发现了。