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ホーム液中レーザー粉砕法による有機ナノ粒子作製技術
SDGsの分類
研究テーマ
ライフサイエンスナノ・材料
学科の分類
工学部電子情報システム工学科

液中レーザー粉砕法による有機ナノ粒子作製技術

工学部

電子情報システム工学科

情報フォトニクス研究室

安國良平 准教授

共同研究者

神村共住
レーザーナノ粒子有機機能材料

ナノサイズの粒子はバルク結晶とは異なるユニークな物理化学特性を有しているため,既存材料のナノ粒子化による新奇な機能発現が注目されている. 液中レーザー粉砕法は貧溶媒に分散させた有機物のバルク結晶にパルスレーザーを照射して粉砕することで,ナノ粒子の分散液を得る技術である. レーザーの照射パラメーターを変えることで作製する有機ナノ粒子のサイズや結晶多形を制御することが可能である.

 有機物質をナノ粒子化すると,比表面積の増大による化学的活性の向上・電子状態の変化・分散安定性の向上等の様々な物理化学特性が変化することから,これを利用した新奇機能性材料の開発が期待されている.

 ナノ粒子の作製手法は大きな粒子を粉砕するトップダウン型と分子・原子を積み上げるボトムアップ型の2つに大別される.トップダウン型の典型例が機械的な粉砕処理である.しかしこの方法で作製される粒子の大きさはマイクロメートルサイズからせいぜい数百ナノメートルである.

 ボトムアップ型の作製法で特に溶液中でナノ粒子を得る方法としては溶媒中に分散させたエマルジョンのなかで結晶化を行うマイクロエマルジョン法や,溶液中での化合物の加水分解・重合反応を利用したゾル-ゲル法,有機分子の高濃度溶液(良溶媒)を別の溶解度の低い溶媒(貧溶媒)中に注入して再析出させる再沈殿法などが知られており,数ナノから数百ナノメートルの粒子を取扱いの容易なコロイド溶液として得ることができる.

 我々の液中レーザー粉砕法ではパルスレーザー照射により貧溶媒中のバルク結晶を粉砕する.そのため簡便で汎用性が高く,また単一の溶媒中に純水なコロイド溶液が作製可能であること,またレーザーの照射条件を変えてナノ粒子のサイズや結晶多形が制御可能であることなどが大きな利点となる.

 ナノ粒子化の一例としてペリレン化合物(PDI)における結果を示す.純水に分散させたPDIのバルク結晶に波長532 nm,パルス幅10 nsのNd:YAGレーザーのパルスを10分間照射すると無色透明であった分散液が赤色透明に変化しており,直径50 nm程度のナノ粒子が生成していることが確認された.

(a)液中レーザー粉砕法によるナノ粒子化(b)レーザー照射に伴う溶液の変化(c)PDIナノ粒子の電子顕微鏡像

論文

「Preparation of Perylenediimide Nanoparticle Colloids by Laser Ablation in Water and Their Optical Properties」(2010)YasukuniRyohei『Japanese Journal of Applied Physics』49p.06GJ041.

研究者INFO: 工学部 電子情報システム工学科 情報フォトニクス研究室 安國良平 准教授

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井上 剛

生体電位計測を用いたアプリケーションの創出

ヒトの体からは臓器の活動や筋の収縮に伴い微弱な電気信号(生体電位)が発生しています.医療現場で病気の判断等に用いられていたこれらの電気信号は,近年の計測技術の発展によりより日常での計測が可能になりつつあります.生体電位の計測結果からはユーザの状態,例えばどのくらい心拍が変動しているか?どのくらい筋力が発揮されているか,などが定量化できるため,この定量値を基づいて自然な形でユーザを「推定・理解・予測」する様々なユーザ支援アプリケーションの実現が可能となります.

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益岡 了

UXデザインの開発・デザイン提案と評価

情報デザイン分野において、グラフィックや映像といった従来の視覚デザインを扱っていたメディア:印刷物やTVの機能の多くが、スマートフォンに代表される情報メディアへ置き換わろうとしています。従来のメディアでは一方方向の情報伝達が中心であったのに対して、新メディアは双方向的で相互作用を伴うインタラクティブなデザインを実現しています。そのためにユーザ中心設計やユーザビリティといった観点から、そのインタラクティブな体験を調査・評価することで、新たなデザイン機器やサービスの提案が求められています。私どもは特にユーザインタフェースデザイン(以下UIデザイン)を中心に、新たなデザインの可能性の研究・開発を行っています。

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3次元培養筋”OITem”の開発と評価

我々の研究グループでは、長期的な培養が可能で成熟度が高く、機能評価が簡便に実施できるマウス由来骨格筋オルガノイド作成に成功し、大阪工業大学独自のモデルとして3次元培養筋OITem (Osaka Institute of Technology:Tissue engineered muscle) と命名した。この骨格筋オルガノイドは、平面培養と異なり、細胞配向性が高く、形態的にも生体筋と類似していることが明らかとなっている。培養中に自己組織化によって生じる受動的張力を解放し、機械的除負荷を行うと生体筋の廃用性筋萎縮に類似した表現型が生じる。また、培養デバイスを汎用的な電気刺激装置が使用できるように最適化し、生体筋の収縮様式と類似した短縮性収縮を誘導したり、収縮機能を評価することも可能である。この生体外デバイスを利用し、生体筋収縮を模倣することが可能であれば、運動効果を検証する動物代替モデルとして活用できるだけで無く、高齢化に伴う筋力低下を予防できる栄養素材の開発やALS、重症筋無力症などの難病疾患の創薬等、幅広い領域で社会実装可能な基盤技術として期待できる。

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我々が開発した[ニーズデザインメソッド]は「強み・弱みカード」「5x5x2マトリックス」「アレンジカード」「ペルソナシート」の4点を使います。メソッドの進行は大きく2段階に分かれます。まずはものごとの強み・弱みをあきらかにする第1フェーズ、次に第1フェーズであきらかにした強みをさらに強めるアイデア抽出と弱みを反転させて強みに変えるアイデア抽出の第2フェーズです。  KJ法を使った会議などで、無地のカードや付箋を配られて、「思いつくことを書いて」と言われて困ったり、書き出したカードのグルーピングに迷ったことがある人は多いと思います。我々が開発した[ニーズデザインメソッド]は、思考を整理整頓し記述を誘発しやすく、記述漏れがおきないシステムが組み込まれています。そしてアイデア発想が自然に導かれ確実にステップアップするシステムを構築しています。

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吉田 哲

年をとっても同じまちで!

住み続けてきた街で、高齢期にも健康に生活を継続できることは誰しもが望むことである。そのためには特定のだれかに負担が集中したり、補助金頼みの支援では持続的な支援とならない。こうした前提で、1.高齢者の外出支援のための道路沿い私有地へのベンチの設置、2.商店街と連携した買物支援、3.介護保険外・訪問型日常生活支援の広域・越境提供の研究、などを進めています。中でも1.では2021年度国土交通省令和3年度(第15回)バリアフリー化推進功労者大臣表彰、京都景観賞、景観づくり活動部門:市長賞(令和2・3年度)、日本都市計画学会関西支部、関西まちづくり賞: 奨励賞などを受賞しており、2019年にはロンドンで Urban Design for Elderly Pedestriansと題した事例報告もしています( UCL-Japan Grand Challenges Symposium “Research Development and Innovative Knowledge Transfer to Super-ageing Society”, JANET Forum 2019, 2019.11.5, Embassy of Japan in the UK)

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川田 進

アジアの宗教紛争・民族問題と安全保障

1991年以降、中国、インド、ネパール、ミャンマー、カンボジア、ラオス、タイ、ベトナム等で、宗教問題や民族紛争に関する現地調査を継続してきた。主要なテーマは「チベット問題」と「イスラーム紛争」である。「宗教NGO」という視点から、穏健な「宗教ネットワーク」「民族コミュニティ」形成の糸口を明示し、紛争解決の有効な方策を提示する。日本社会が抱える弱点の一つは、「民族問題やイスラーム社会への理解不足」である。一連の研究が、テロ事件の背景や海外在住邦人の安全確保など、日本の安全保障及び民間企業・個人が海外で活動する際の安全確保に資することを目指す。

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小池 一歩

絹フィブロインを用いた酵素膜の作製と拡張ゲートFET型バイオセンサーへの応用

本研究室が行っている研究課題の一つに「連続モニタリング可能な拡張ゲートFET型バイオセンサーの開発」があります.近年,体液に含まれる健康指標マーカを連続,かつ,繰り返し測定可能なウェアラブルセンサーの需要が高まっています.その中でも特に実用化進んでいるパッチ式センサーは,皮下の血管と細胞の間を満たしている間質液を被検液とするため,低侵襲で連続使用できる特徴があります.これまで我々は,市販のMOSFETのゲート端子に酵素膜を形成した拡張電極を接続して,健康指標マーカであるグルコース(糖),尿素,クレアチニンを検出するための拡張ゲートFET(EGFET)型バイオセンサーを作製してきました.本研究シーズは,「絹フィブロインを用いた酵素固定化技術」と「EGFET型バイオセンサーへの応用」です.

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上野 未貴

作品創りをガイドする AI システム

漫画・写真・小説などの創作物を創り,読み解く過程のデータを収集し,人工知能分野で拡がる画像処理・自然言語処理・機械学習・人とコンピュータ間の対話的なシステム開発に基づき,創ることを支援する研究を進めています.

+1
大高 敦

水中での反応に特異的な活性を示す高分子・金属ナノコンポジット

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+1
中西 真悟

貴金属比の類似比が奏でる数理情報デザイン2

等角螺旋の特徴を直角三角形を用いて考察した結果、放物線、直線、点、円、カージオイドなど図として意味がある特徴が描けました。また、ケプラー三角形を2枚用いた直方体をケプラー直方体と呼ぶことにすると、これを応用して空間幾何学上に貴金属比の類似比の活躍が期待できることがわかりました。

+2
鎌倉 快之

トモグラフィー画像の3次元可視化プログラムの作成

X線CTやMRIなどで撮影したトモグラフィー像(断層画像)の中から,注目領域だけを検出したり,立体構造を想像することは容易ではありません.画像処理技術や手法の応用により,注目領域のセグメンテーションとラベリング,立体構造の再構成を行い,三次元可視化するためのソフトウェアの開発に取り組んでいます.

笠原 伸介

低濁度原水の薬注撹拌制御に関する研究

近年、活性炭処理水など凝集性粒子をほとんど含まない低濁度水を対象にPACl注入を行い、急速砂ろ過を運用する事例が増加している。このような状況では、連続的に流入する凝集フロックではなく、突発的に流入する非凝集性粒子への対応を意図した運用、すなわち濁質捕捉効果の高いAl集積層をろ層内に速やかに形成することが重要と考えられる。 本研究では、急速ろ過層が有する固液分離の仕上げ機能を最大限に引き出すための凝集操作要件を明らかにするため、薬注後のGT値がAl集積層の形成と非凝集性粒子の阻止率に及ぼす影響を検討した。

鎌倉 快之

カメラを用いた人の非接触状態計測

カメラの映像から顔や顔のパーツ,身体の動きを検出して生体信号を計測したり,計測した情報を応用するシステムを作成しています.また,計測したデータが,実際のセンサで計測したデータとどのくらい一致するのか,どんな風に違っているのかについて比較,解析しています. カメラを用いたウェアレス(非接触)での計測とその応用について検討しています.

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