Translational Motion of Liquid Lubricants Tracked with Single Fluorophores

用单一荧光团追踪液体润滑剂的平移运动

基本信息

批准号：
21K18935
负责人：
大西洋
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では固体に挟まれた潤滑油分子の並進運動を計測する。現在世界中で使われている潤滑油は、蒸気圧の低い炭化水素液体（ポリオレフィンなど）に微量（0.01-0.1%）の極性化合物（長鎖脂肪酸など）を溶解した溶液である。炭化水素液体(機械工学では基油とよぶ)に極性化合物(同じく添加剤)を加えると格段に滑りがよくなる経験則にもとづいて実用潤滑油が製造販売されている。微量の添加剤を加えても潤滑油の粘度は変化しない。にもかかわらず滑りがよくなるのはなぜか？　高校生が抱いても不思議のない問いに分子科学の視点から答えることが研究の目的である。機械工学と分子科学をつなぐ学際研究を進めるために大西洋(物理化学)・手老龍吾(生物物理)・平山朋子(機械工学)・松本拓也(有機化学)・天野健一(統計力学) からなる研究チームを組織し、それぞれが指導する大学院生に研究協力者として参画を求めた。2年次となる2022年度には(1)前年度までに計測した顕微鏡動画から蛍光単一分子による点発光を識別し、その数変化を定量的に再現するための数理モデルを複数構築した。(2)潤滑油(有機溶媒)に溶解する蛍光マーカー化合物としてこれまで使用してきたBODIPY系化合物は焼尽(励起光照射によって蛍光マーカー化合物が壊れてしまうこと)がおこりやすい欠点があった。焼尽しにくいスピロビフルオレン系化合物をチーム内で合成して蛍光顕微鏡による計測を進めた。（3）第53回（2022年秋季）応用物理学会において本チーム研究の成果「蛍光一分子観察法の固体-有機溶媒界面における分子挙動観察への応用」を筆頭著者として登壇口頭発表した松下結依（豊橋技術科学大学大学院生）が講演奨励賞を受賞した。受賞者本人の精進に加えて、水中生体膜の計測評価に使われてきた蛍光一分子観察を潤滑油研究に転用する本研究の挑戦性が肯定的に評価されたものと喜んでいる。

在这项研究中，我们将测量夹在固体物体之间的润滑剂分子的平移运动。目前世界各地使用的润滑油都是将微量（0.01-0.1%）极性化合物（如长链脂肪酸）溶解在低蒸气压的烃类液体（如聚烯烃）中的溶液。实用的润滑油是根据经验规则制造和销售的，即在碳氢化合物液体（机械工程中称为基础油）中添加极性化合物（也称为添加剂）可显着改善滑移。添加少量添加剂不会改变润滑油的粘度。尽管如此，为什么它滑得更好呢？该研究的目的是从分子科学的角度回答高中生可能存在的问题。由Atlantic（物理化学）、Ryugo Tero（生物物理学）、Tomoko Hirayama（机械工程）、Takuya Matsumoto（有机化学）和Kenichi Amano（统计力学）组成的研究小组，旨在推进连接机械工程和分子科学的跨学科研究。团队并要求他们指导的研究生作为研究合作者参与。在第二年，即2022年，我们（1）从截至前一年测量的显微镜视频中识别出由单个荧光分子引起的点发射，并建立了多个数学模型来定量再现其数量的变化； (2)迄今为止用作溶解在润滑油(有机溶剂)中的荧光标记化合物的BODIPY化合物具有容易烧坏(激发光照射破坏荧光标记化合物)的缺点。研究小组合成了一种难以燃尽的螺二芴化合物，并使用荧光显微镜进行了测量。（3）松下结衣在第53届（2022年秋季）日本学会上作为第一作者口头报告了该团队的研究成果“Application of Fluorescent Single molecular Observation Method to Observation of molecular Behaviour at Solid-Organic Solent Interface”应用物理学博士（丰桥工业大学研究生）获得演讲鼓励奖。我们很高兴除了获奖者的辛勤工作外，这项研究将用于测量和评估水下生物膜的荧光单分子观察转移到润滑油研究中的挑战性性质也得到了积极评价。