配分額：3770000円 （ 直接経費：2900000円 、 間接経費：870000円 ）

本研究は液体薄膜の物性を研究する分野を創生するためにその粘弾性を測定する装置を開発することを目的としたものであり、振動するガラス基板上に付着した微小液滴の振動観察および超高粘性液体の表面物性を絶対評価するための手法の開発を行い、基板上の液体振動モードと液体の表面張力、粘性などとの関係を明らかにした。また、超高粘度の液体でも表面張力と粘性を同時に１分程度で測定する手法の開発に成功し溶融するポリマーの表面張力の温度変化の観察などを行った。さらに、液膜研究の学問分野としての確立を目指した活動を行った。

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配分額：3770000円 （ 直接経費：2900000円 、 間接経費：870000円 ）

本研究は、極微小化が可能な遠隔力学操作方式である電磁スピニング（以下EMS）システムを用いて、マイクロ流路中において重要な機械構成部材となるマイクロポンプなどの要素部品を作り上げるための基盤技術を開発することを目的とした。研究では、球のトルクベクトルを3次元的に任意制御することにより微小球を任意の場所へ配送するシステムを構築した。また外部トルクによる転がり運動を精密に計測することにより、これまで物理的な定量測定が困難であった静止および動転がり摩擦の計測が可能になった。これらのシステムを用いて、転がり摩擦の変化から分子の吸着状態を精度よく検出するバイオセンサーの研究を展開した。

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配分額：19370000円 （ 直接経費：14900000円 、 間接経費：4470000円 ）

本研究は、微小液滴の吐出・衝突・融合化技術ならびにその変形・回転運動の高時間分解能観察手法を用いて、μmサイズの流体のレオロジー物性を研究する「超高速変形ナノレオロジー計測工学」を創生し、その基本要素技術を産業界における汎用の計測ツールとして供与することを目的とした。研究では開発された高速液滴生成システムにより作製されたピコリットル液滴について、空間に局所電場を印加することによりマックスウエル応力を及ぼして液滴の飛翔状態を高精度で制御する技術を開発した。さらに異種の液滴を融合してハイブリッド構造を持つ微小粒子を作製し、その構造の微視的観察に向けた要素技術を構築した。

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配分額：18460000円 （ 直接経費：14200000円 、 間接経費：4260000円 ）

液晶やゲル、ミセルや分子膜など分子集合体が形成する生体系などの複雑流体は、自己組織化的に高度に秩序化された内部構造を形成する。これらの物質群はソフトマテリアルとも呼称されるように、温度や電場・磁場などの外的刺激に応じて容易にその構造を変化させ、さまざまな機能を発現する。近年、これらの性質を新しいミクロデバイス材料へと応用しようとする試みが盛んに進められている。本研究の目的は、我々がこれまでに培ってきた微小液滴の吐出・衝突・融合化技術ならびにその変形・回転運動の高時間分解能観察手法を用いて、μmサイズの流体のレオロジー物性を研究する「超高速変形ナノレオロジー計測工学」を創生し、その基本要素技術を産業界における汎用の計測ツールとして供与することを目的とする。
研究では連続的に印加された圧力により射出された液柱に対し、超音波域の圧力変動による微細な動径ゆらぎを自励的に発展させて、毎秒100,000個以上の速度でピコリットル液滴を生成する技術を開発した。この分裂現象の観察から、非常に大きな速度歪における粘弾性緩和や表面張力の時間依存性を測定することができる。またこの技術は、液滴の融合による高次構造を有するマイクロカプセル生成などにとって非常に有効な技術である。さらに射出ノズルの機械共振を利用して、フェムトリットル液滴の射出に成功した。これはサブμmの精度でのパターン形成を行う技術に応用することが可能である。
さらに開発された高速液滴生成システムにより作製されたピコリットル液滴について、空間に局所電場を印加することによりマックスウエル応力を及ぼして液滴の飛行経路を高精度で制御する技術を開発した。これにより毎秒あたり数10万個で高速生成されるピコリットル液滴の複雑な空中配送経路が実現でき、ハイブリッド構造を持つ微小ソフト材料の生成に大きく寄与する。またこれはサブμmの精度でのパターン形成を行う技術に応用することが可能である。さらに同様の原理を用いて液滴を加速・減速あるいは保持する技術も実用化した。物性計測としては、液滴生成の動的過程を解析することにより、高時間分解能で粘性と表面張力を計測するシステムを構築した。

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配分額：3300000円 （ 直接経費：3300000円 ）

最近、申請者らはソフトな材料群の表面を解析するための電界誘起表面歪顕微鏡の着想を得た。これは試料表面に近づけた探針から生じるナノメートル程度の広がりを持つ局所電界によって材料を変形させ、その応答からナノレオロジー測定を行う、というものである。本研究ではこの着想を発展させ、液体をはじめとするソフトマテリアル表面をナノメートル分解能で観察する新規の手法開発を目指した。本年度は基板表面に塗布された厚みμm程度の薄膜についてその粘弾性及び表面張力を測定するシステムを構築した。本システムではあらかじめ基板表面に電圧印加が可能な微小電極が埋め込まれており、その上にコーティングされた薄膜材料の効果・乾燥過程を迅速に実時間で追跡することができる。さらにこの電極形状を変形することにより、薄膜の粘弾性の厚み方向分布を調べる手法についても検討を行いその可能性を検証した。
また本手法を水/油/界面活性剤系において実現されるような界面の相溶現象の測定に応用する試みを進めた。これらの系では相溶の臨界点近傍界面エネルギーが急速に減少する。応力制御型界面張力測定が可能な本手法ではこれらの系のエネルギー測定を高分解能で実現できる。この結果、沿うように伴う2次元臨界現象の臨界指数を精度よく求めることが可能になった。

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