２０１８年１２月１４日 Prof. Amy Shen

日時：２０１８年１２月１４日（金）　１６：２０〜１７：５０
場所：首都大学東京　１１号館１０３号室
講師：Prof. Amy Shen (OIST)
題目：Novel nano- and microfabrication techniques for micro/nanofluidics and biosensing applications

要旨：Micro/nanofluidics has emerged in recent years as a powerful method of manipulating fluids at small length-scales. To highlight their versatility and great potentials, I present 3 micro/nanofluidic platforms with applications in enhanced micromixing, nanofluidic immunoassay, and localized surface plasmon resonance (LSPR) sensing.

(a) Enhanced micro-mixing: we present a summary of our recent results examining flow instabilities arising in stagnation point flows generated in cross-slot-type geometries. Our studies span purely inertial flows of simple Newtonian fluids, through inertio-elastic flows of highly dilute polymer solutions, to purely-elastic instabilities in more concentrated polymeric systems [1,2].

(b) Making Waves in a Total Capture Nanofluidic Immunoassay: understanding nanoconfinement phenomena is necessary to develop nanofluidic technology platforms. We demonstrate a convection limited nanofluidic immunoassay that achieves total capture of a target analyte, and an apparent shift in the reaction equilibrium due to nanoconfinement [3].

(c) We introduce a new nanofabrication procedure for localized surface plasmon resonance (LSPR) sensing with applications in sensitive bioassays and long term live-cell biosensing [4.5].

References:
[1] N. Burshtein, K Zografos, A. Q. Shen, R. J. Poole, and S. J. Haward, Inertioelastic flow instability at a stagnation point, Physical Review X, 7, 041039-18, 2017.
[2] S. J. Haward, R. J.Poole, M. A. Alves, P. J. Oliveira, N. Goldenfeld, A. Q. Shen, Tricritical spiral vortex instability in cross-slot flow, Physical Review E, 93: 031101, 2016.
[3] C. J. Galvin, K. Shirai, A. Rahmani, K. Masaya, and A. Q. Shen, Total Capture, Convection-Limited Nanofluidic Immunoassays Exhibiting Nanoconfinement Effects, Analytical Chemistry, 2018. DOI: 10.1021/acs.analchem.7b04664
[4] N. Bhalla, S. Sathish, A. Sinha, and A. Q. Shen, Large-scale nanophotonic structures for long-term monitoring of cell proliferation, Advanced Biosystems, 1700258, 2018.
[5] N. Bhalla, S. Sathish, C. J. Galvin, R. A. Campbell, A. Sinha, and A. Q. Shen, Plasma assisted large-scale nanoassembly of metal insulator bioplasmonic mushrooms, ACS Applied Materials & Interfaces, 2017.

２０１８年９月２５日 植松祐輝氏

日時：２０１８年９月２５日（火）　１４：００〜１７：００（基礎＋研究の二部構成）
場所：首都大学東京　８号館３００号室
講師：植松祐輝氏 (九州大学)
題目：空気水界面における不純物効果

要旨：まず、界面物理化学の大きな問題の一つである空気水界面の電荷問題について紹介し、界面の熱力学を使って電解質溶液の表面張力とジョーンズ・レイ効果（表面張力の塩濃度に関する極小）について説明する。次にポアソン・ボルツマン方程式を用いた空気水界面の一次元平均場理論を使って電解質溶液の表面張力変化の計算をし、微量の電荷を帯びた不純物により、ジョーンズ・レイ効果を定量的に説明できることを示す [1]。この理論の帰結として、意図的にイオン性界面活性剤を加えると、表面張力の極小の大きさをコントロールできることがわかる。そこで、意図的にカチオン性界面活性剤を加え、NaCl溶液の表面張力測定の実験をした。その結果、マイクロモーラー程度の界面活性剤の添加で、NaCl濃度10mMから100mM程度に極小が現れた。イオンの表面活性パラメータはすべて実験結果と矛盾ない理論となっており、ジョーンズ・レイ効果がコントロールできないほど希薄な不純物により引き起こされていた可能性が非常に高い。このことを踏まえて、空気水界面の電荷問題に戻ると、この不純物が重要な役割を果たしていると考えられる。そこで、まったく同じモデルで濡れ膜の分離圧と疎水性表面のゼータ電位の実験結果の理論的説明を試みる。最後に、不純物の正体と、関連するであろう空気水界面の他の異常性について展望する。

[1] Yuki Uematsu, Douwe J. Bonthuis, and Roland R. Netz, J. Phys. Chem. Lett. 9, 189–193 (2018).

２０１８年９月１１日 Hsuan-Yi Chen氏

日時：２０１８年９月１１日（火）　１１：００〜１２：３０
場所：首都大学東京　８号館３０４号室
講師：Hsuan-Yi Chen氏 (National Central University, Taiwan)
題目：Minimal model for epithelia steady state

要旨：The steady state of a epithelium is maintained by carefully regulated cell division, cell differentiation and cell apoptosis. The result is a robust spatial distribution of niches of proliferative cells and precisely regulated tissue size. We propose a minimal general model using least assumptions from empirical observations and conservation laws to study the properties of the steady states in epithelia. In a stratified epithelium we also compare the degree of stratification of two cell lineage models and compare to experimental observation on mouse olfactory epithelia. The main results are (i) for a stratified steady state to exist, the cells in a tissue need to know their distance from the basal membrane by some long range interaction such as mechanical stress or morphogen density, (ii) interaction due to direct cell-cell contacts tend to drive the tissue to a homogeneous state, therefore when both long-range interaction and interactions due to direct cell-cell contact are present, it is possible for the tissue to have two steady states. The relation between multistability and wound healing, tissue development are discussed. At the end of this talk, further generalization of our model to other types of epithlia will be discussed.

２０１８年９月３日 Yael Avni氏

日時：２０１８年９月３日（月）　１１：００〜１２：３０
場所：首都大学東京　８号館３０４号室
講師：Yael Avni氏 (Tel Aviv University, Israel)
題目：Charge-regulated macro-ions in ionic solutions

要旨：Macromolecules in aqueous environment often carry a self-regulating and non-constant charge due to dissociation/association of their ionic groups. The degree of dissociation/association depends on the local electrostatic potential, allowing for Charge-Regulation (CR) to occur, and modifying the present electrostatic interactions. In this talk, I will review the mean-field formalism used to describe CR phenomena, applying it first to the well-studied case of two interacting CR surfaces. I will then present an extension of the theory, which describes a system of many mobile CR macro-ions, and explore the resulting interesting behavior by studying the effective screening length [1].

[1] Y. Avni, D. Andelman, T. Markovich and R. Podgornik, Soft Matter 14, 6058 (2018).

２０１８年８月２日 藪中俊介氏

日時：２０１８年８月２日（木）　１４：３０〜１６：００
場所：首都大学東京　８号館３００号室
講師：藪中俊介氏 (京都大学)
題目：臨界点近くの２元混合系を記述するLocal renormalized functional theoryの応用

要旨：コロイド粒子や壁などに接した２元混合系では、境界と溶質の相互作用に起因して境界にどちらかの成分が選択的に吸着され組成の分布が生じる。臨界点の近くでは、このような濃度勾配は長距離にわたり、例えば、コロイド粒子などの物体が複数ある場合の吸着に起因した相互作用は、物質表面や溶液の性質によらない普遍的な振る舞いを示す[1]。このような系を臨界ゆらぎの効果を取り入れて扱うために、局所的なオーダーパラメータの値で決まる局所的相関長以下の揺らぎを繰り込んだ"Local renormalized functional theory”が考案されている[2]。
今回は、まずはLocal renormalized functional theoryの構成の仕方を議論したあと、応用として、２元混合系での(i) ２元混合系の臨界点での平板、円柱、球の周りの吸着プロファイル[3]、(ii) 臨界点の近くの２元混合系の狭い空間中での相分離ダイナミクス[4]を紹介する。また、最近、平均場的なモデルを用いて行われた、２元混合系中でのコロイドの抵抗係数の計算[5,6]をLocal renormalized functional theoryを用いることで、臨界ゆらぎの効果を取り込んだ上で行うことを検討しているので、それに関しても議論したいと考えている。

[1] C. Hertlein et al, Nature 451, 172 (2008).
[2] R. Okamoto and A. Onuki, J. Chem. Phys. 136, 114704 (2012).
[3] S. Yabunaka and A. Onuki, Phys. Rev. E 96, 032127 (2017).
[4] S. Yabunaka, R. Okamoto and A. Onuki, Phys. Rev. E 87, 032405 (2013).
[5] R. Okamoto, Y. Fujitani and S. Komura, JPSJ 82, 084003 (2013).
[6] Y. Fujitani,to appear in JPSJ (2018).