Yukio YAMADA (山田 幸生)

Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research, Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 10800000, indirect: 3240000)
Reaction-diffusion phenomena of aqueous solutions in microfluidic channels were visualized by using a near-infrared-based technique for simultaneous imaging of temperature and concentration. Variations in concentration distributions at the interface between two aqueous solutions were used to determine the diffusion coefficient and its temperature dependence of each solution. Regarding aqueous solutions of acid and alkali, the concentration distributions of reactive substances and salt generated by neutralization were simultaneously obtained. Furthermore, the effects of chemical reaction and diffusion on the instability of the interface, especially on the onset time of convection, were investigated. The results obtained in this study indicate the utility of the imaging technique and the feasibility of quantitative analysis of reaction-diffusion fronts.

Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research, Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 14300000, indirect: 4290000)
A simultaneous imaging system of the temperature and concentration of aqueous solutions in microchannels was developed. The principle of this method is based on the temperature dependence of near-infrared absorption spectrum of water. The system acquires absorbance images at the temperature sensitive wavelength (1412 nm or 1905 nm) and at the isosbestic point (1442 nm or 1935 nm) alternately with 100 frames/s for each wavelength. The absorbance images of ethanol aqueous solutions with several conditions of temperature and concentration in the microchannels were obtained, and using these images at the two wavelengths, temperature and concentration images were constructed, which indicated the validity of the method. In the neutralization experiments, the concentration changes of the acid and base solutions by the reaction were successfully shown.

Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research, Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B), Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 2100000, indirect: 630000)
The algorithms to solve the inverse problems in the optical imaging using near-infrared light for diagnoses of breast cancer were studied. The technique for reconstructing fluorescent light sources in biological media by use of spatial filter was proposed. The method to reduce noise in the time-resolved measurement data using maximum a priori estimation was also developed. The proposed methods were validated with the numerical simulations and the phantom experiments. Efficient arrangement of the light sources and detectors for diffuse optical tomography was also investigated.

Offer Organization: 日本学術振興会, System Name: 科学研究費助成事業, Category: 基盤研究(C), Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 3400000, indirect: -)
生命システムは、呼吸循環系と代謝系を中心に、熱と物質の移動を極めて精密かつ緻密に制御し、深部温度を一定に保つことができ、さらに広範囲な分子量にわたる物質の移動を制御することによって、エネルギ代謝を行い、生命活動の原動力になっている。従って、生命システムは熱と物質移動の宝庫とも言うべきものであるが、従来は局所的な熱と物質移動の取り扱いがされているだけで、生命システム全体で、熱と物質移動現象が、生命システムの動的恒常性であるホメオスタシスを実現しているかが不明であった。生命システムの熱と物質移動現象は、生命活動に直接関わっているため、生命システム全体の熱と物質移動が明らかになることによって、医学における診断・治療や薬物輸送の薬理効果が明らかになり、革新的な医学が出現する可能性がある。生命システムにおける熱と物質移動の総体を、ここでトランスファロームと名づけ、これまでのシステム生物学では重点的に取り上げられていなかった熱と物質移動のダイナミクスをトランスファロームで明らかにすることを目標としている。そこで、まず本企画調査では、生命システムにおける熱と物質移動現象に関して、移動現象論、医学生物学および薬理学の立場から調査・討論を行い、トランスファロームのシステム生物学を確立するための研究計画をたてた。具体的には、5回の研究会(シンポジウムを2回)、幹事会を2回開催し、研究計画の独自性、ニーズ、特徴、社会への波及効果などを中心に議論を行った。その結果、十分に特定研究のテーマとして相応しいという結論に達し、今後特定研究の具体的な申請の手続きを行うこととした。

Offer Organization: 日本学術振興会, System Name: 科学研究費助成事業, Category: 萌芽研究, Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 3100000, indirect: -)
高周波プラズマCVD装置をベースとした、針型マイクロプローブへのDLC成膜装置の改良と、高電圧パルス成膜法の有効性を検討した。昨年度までに開発した成膜装置は、成膜対象の針型プローブ(先鋭部径1μm、直径1mm、高さ50mm)自体をカソード電極とし、このカソード電極を中心に、ステンレスメッシュ製の円筒形電極(直径40mm、高さ50mm)をアノード電極(グランド)とした電極構造を有する。アノード内のプローブ周囲に比較的均一なプラズマの発生が可能であったが、特に先端部のDLC膜が変質する場合が観察されたため、印加電圧の制御方法について改良を実施した。具体的には、先端部は過度なイオン衝突による温度上昇が発生しやすいため、放電・冷却サイクルのパラメータを変更し、膜質との関係を検証した。絶縁破壊電圧が-400V、放電維持電圧が-120V、放電時間が5s以下、冷却時間が45s以上で膜の剥離や変性がほとんど起きないことを確かめた。本年度後半からは、さらなる膜厚化と多数プローブの同時成膜を目的として、3極構造とした高電圧パルス成膜を実施した。平行平板間でプラズマを発生させ(バイアス電圧-350V)、プラズマ中に第3の電極となるプローブを挿入し、これに高電圧パルス(-800V;10μs,100Hz)を付加した。安定した成膜が可能であり、1hの成膜時間で1μm以上の膜厚がプローブ全体で得られた。堆積した膜は水素を多く含有する重合膜に近いものであったが、高電圧パルスのパラメータを変更することで膜質の変更が可能であり、用途に応じた成膜を多数本のプローブに対して行える基盤技術を提供できたといえる。

Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research, Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 7700000, indirect: -)
In this research, it is the final goal to develop the micro robot with nano positioning resolution for injecting such micro glass pipette into the bio cell in order to operate the material. In the next step, it will be considered that the micro flow of such protein in the bio cell can be monitored and the micro robot with micro probe can make the nano manipulation for micro chemical reaction.
In this project, the results as mentioned below were achieved ;
(1)Micro robot with nano manipulation :
The newly developed micro robot is composed of the piezo and electro magnet for providing nano stepping motion. And the micro tool also can be controlled to the specified potision with the accuracy of nano level.
And the bio cell can be converyed and rotated around the vibrated pipette alon the micro flow.
(2)Micro thermal sensng by the micro pipette coated the metal.
In order to measure the temperature at the local area of bio cell, the micro pipette that is coated by the special metal such Ni and Cu to generate the micro voltage.
(3)Nano machining by SPM
It was succeeded that the special thin SPM probe was developed for making femt level of machining with the help of electrical field effect between the tip and the sample. As the results of experiment, it succeeded in providing nano metal on the small target tip.