生体類似機能を持った自律性組織の物理化学的設計

具有生物相似功能的自主组织的理化设计

基本信息

批准号：
04J09408
负责人：
伴貴彦
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Doshisha University (2006)Yamagata University (2004-2005)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

これまでの研究成果は単滴の界面不安定性の研究が主だったが、今年度の研究成果は、物質移動系および界面反応系における複数液滴の協同現象、固体壁面での接触角変化を伴う油水界面自発運動、水性二相系における液滴運動、カチオン種により液々界面の不安定性が変化する系における電気化学測定と多岐にわたる。複数液滴においては液滴の立体配置、直線型および三角型により運動のモードが変化することが分かり、液滴間距離に非常に影響を受けやすいことが分かった。また、界面反応系では液滴の鉛直方向の振動モードが支配的になり、引き込みパターンが物質移動系とは異なることが分かった。固体壁面での接触角変化を伴う油水界面自発運動において、既存の液々系とは異なる物質を用いて新規の系を見つけ出した。従来の液々系では困難であった溶液中の各物質の界面不安定性に与える影響を、物質によりそれぞれ役割が異なることを実験的に示すことができた。水相に分配しやすい物質は液々界面を通じて移動し、界面にマランゴニ効果を多く発生することが分かり、油相に分配しやすい物質は油水固の三相接触面を通じて反応および移動が促進され、自発的な濡れ-脱濡れ現象が起こることが分かった。これらの実験結果は、各物質の役割が明確になったため、新たな系を設計する指標となりうる。マクロスケールの水性二相系において液滴が自発的な運動を発現する系を発見した。液滴周りに自発的に生じた対流が、液滴運動に大きく影響を及ぼしていることが分かった。界面不安定性を示す液々系において化学的に平衡にした後、サイクリックボルタンメトリーにより電流-電位特性を測定すると、流体力学的な特性がほとんど同じ系でも、系に含まれている金属イオン種により電気伝導度が大きく異なることが分かり、自然乳化などの界面不安定現象を示すことが分かった。

以往的研究成果主要集中在单个液滴的界面不稳定性，但今年的研究成果包括传质系统和界面反应系统中多个液滴的协同现象，以及固体壁上的接触角变化，研究涵盖了广泛的领域，包括油-水界面的自发运动、水性两相系统中的液滴运动以及液-液界面的不稳定性根据阳离子种类而变化的系统中的电化学测量。在多个液滴中，人们发现运动模式的变化取决于液滴的三维构型，无论是线性的还是三角形的，并且发现运动模式对液滴之间的距离非常敏感。此外，研究发现，在界面反应体系中，液滴的垂直振动模式占主导地位，吸引力模式与传质体系中不同。我们发现了一种新系统，使用与现有液-液系统不同的材料，油-水界面自发运动伴随固体壁上接触角的变化。我们能够通过实验证明每种物质在影响溶液中每种物质的界面不稳定性方面发挥着不同的作用，这在传统的液-液系统中是困难的。研究发现，容易分配到水相中的物质通过液-液界面移动，在界面处产生许多马兰戈尼效应，而容易分配到油相中的物质则促进发生反应并通过三液界面移动。发现油-水-固界面发生自发润湿-反润湿现象。这些实验结果阐明了每种物质的作用，可以作为设计新系统的指标。我们发现了一种系统，其中液滴在宏观水性两相系统中表现出自发运动。研究发现，液滴周围的自发对流极大地影响了液滴的运动。当在表现出界面不稳定的液-液体系中化学平衡后通过循环伏安法测量电流-电位特性时，发现尽管流体动力学性质几乎相同，但体系中所含的金属离子种类却不同。发现电导率显着不同，表明存在自发乳化等界面不稳定现象。