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―

本学 工学研究科 化学工学分野の許 岩 准教授、川岸 啓人 さん（博士後期課程 3年）および量子放射線工学分野 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（解説1）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（解説2））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、様々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（解説3）、様々な疾患のバイオマーカー（解説4）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。