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論文

Sewage sludge ash contaminated with radiocesium; Solidification with alkaline-reacted metakaolinite (geopolymer) and Portland cement

香西 直文; 佐藤 淳也; 大杉 武史; 下山 巖; 関根 由莉奈; 坂本 文徳; 大貫 敏彦

Journal of Hazardous Materials, 416, p.125965_1 - 125965_9, 2021/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:0(Engineering, Environmental)

Radiocesium-bearing SSA was solidified in geopolymer (GP) and ordinary Portland cement (OPC) and the characteristics of the solidified bodies were investigated by various aspects including mechanical strength, transformation of SSA components during solidification, and radiocesium confinement ability by leaching test. After static leaching test at $$^{60}$$C, $$^{137}$$Cs was hardly leached out from the GP-solidified bodies containing SSA at 30 wt% to ultrapure water ($$<$$ 0.1%), whereas more than 30% $$^{137}$$Cs was leached from the OPC-solidified bodies containing SSA at 30 wt%. GP is far superior to OPC for solidifying radiocesium-bearing SSA.

論文

Development of spin-contrast-variation neutron powder diffractometry for extracting the structure factor of hydrogen atoms

三浦 大輔*; 熊田 高之; 関根 由莉奈; 元川 竜平; 中川 洋; 大場 洋次郎; 大原 高志; 高田 慎一; 廣井 孝介; 森川 利明*; et al.

Journal of Applied Crystallography, 54(2), p.454 - 460, 2021/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.02(Chemistry, Multidisciplinary)

山形大学が原子核物理実験用に開発した結晶試料の核スピン偏極技術を、スピンコントラスト偏極中性子回折測定法に展開し、水素核偏極化されたグルタミン酸を用いて粉末結晶試料中の水素の配向および凝集・分散などの構造情報を抽出できることを実証した。

論文

Carbonated nanohydroxyapatite from bone waste and its potential as a super adsorbent for removal of toxic ions

関根 由莉奈; 南川 卓也; 山田 鉄兵*; 松村 大樹; 根本 善弘*; 竹口 雅樹*; 杉田 剛; 下山 巖; 香西 直文; 諸岡 聡

Journal of Environmental Chemical Engineering, 9(2), p.105114_1 - 105114_12, 2021/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Engineering, Environmental)

有害金属除去は安心安全社会構築のために必要な技術である。本研究では、骨の有するイオン交換能を最大限に活用して廃材を用いた有害金属除去材料の開発を行った。炭酸塩水溶液に骨を浸漬することで高炭酸含有ナノアパタイトが形成することを見出した。この材料は、通常の骨、また合成アパタイトに比べて約250、4500倍高いストロンチウム吸着性能を示した。本材料は廃材を利用していることから、低コストかつ高性能な吸着剤として活用が期待できる。

論文

SANS-JとPNOの紹介

熊田 高之; 元川 竜平; 中川 洋; 大場 洋次郎; 関根 由莉奈

波紋, 31(1), p.5 - 6, 2021/02

SANS-Jはナノからサブマイクロメートルの幅広い空間スケールの階層構造を決定することができる。その特徴の一点目は、速度選別機で切り出された高強度の中性子(10$$^{5}$$ neutrons/s/cm$$^{2}$$)を用いることができる。二点目は、試料と透過した全ての中性子は色収差の影響を受けることなくレンズを用いて検出器上に集光することができる。そのため、散乱角0.01$$^{circ}$$に相当する波数Q=3$$times$$10$$^{-3}$$ nm$$^{-1}$$までの散乱中性子を透過中性子と識別して検出し、実空間スケールでサブマイクロメートルの構造を決定することができる。三点目は、偏極中性子および偏極解析が使えることである。偏極中性子はマグネットと組み合わせて磁性体の磁気構造解析に利用できるほか、ソフトマテリアルにおいても偏極解析や後述するスピンコントラスト変調実験に利用することができる。PNOは、単色化結晶とアナライザー結晶の間に試料を挟んだBonse-Hart型熱中性子小角散乱装置である。その最大の特徴は、SANS-Jより一桁小さい最小波数3$$times$$10$$^{-4}$$ nm$$^{-1}$$までの超小角散乱を測定し、実空間スケールで10um近くまでの構造を決定することができることである。

論文

Eco-friendly carboxymethyl cellulose nanofiber hydrogels prepared via freeze cross-linking and their applications

関根 由莉奈; 南川 卓也; 柚木 俊二*; 杉田 剛; 中川 洋; 山田 鉄兵*

ACS Applied Polymer Materials (Internet), 2(12), p.5482 - 5491, 2020/12

凍結濃縮を利用した架橋法を開発し、高い圧縮強度($$>$$80MPa)と高い圧縮回復性を備えた新しいタイプのカルボキシメチルセルロースナノファイバー(CMCF)ハイドロゲルを開発した。ハイドロゲルは、クエン酸(CA)の水溶液を凍結したCMCFゾルに添加し、次にそのゾルを解凍することによって調製した。凍結濃縮されたCMCFとCA間の反応により、氷結晶構造を反映する剛直な多孔質構造が形成された。圧縮評価により、架橋構造が圧縮応力に対して高い安定性を持つことを明らかにした。凍結架橋の前にベントナイトをCMCFゾルに追加することにより、CMCFヒドロゲルに簡易に固定することに成功した。CMCF-ベントナイトゲルは、化学染料に対して高い吸着性を示した。物理的に架橋されたCMCFヒドロゲルは、毒性がなく、金属を含まず、調製が簡単であるため、さまざまな分野で持続可能な材料として役立つ。

論文

Soft, skin-interfaced microfluidic systems with integrated immunoassays, fluorometric sensors, and impedance measurement capabilities

Kim, S.*; Lee, B.*; Reeder, J. T.*; Seo, S. H.*; Lee, S.-U.*; Hourlier-Fargette, A.*; Shin, J.*; 関根 由莉奈; Jeong, H.*; Oh, Y. S.*; et al.

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 117(45), p.27906 - 27915, 2020/11

 被引用回数:9 パーセンタイル:76.81(Multidisciplinary Sciences)

本研究では、汗のコルチゾール分析のための流動イムノアッセイ、グルコースとアスコルビン酸(ビタミンC)分析のための蛍光測定イメージング、および電極を使用した発汗速度のデジタルトラッキングを組み合わせた、ワイヤレス,バッテリー不要の皮膚インターフェースマイクロ流体システムを実現した。運動している被験者を対象とした体系的なテストにより、本開発デバイスが物理的ストレスと生化学的相関を追跡可能であることが示された。

論文

Passive sweat collection and colorimetric analysis of biomarkers relevant to kidney disorders using a soft microfluidic system

Zhang, Y.*; Guo, H.*; Kim, S. B.*; Wu, Y.*; Ostojich, D.*; Park, S. H.*; Wang, X.*; Weng, Z.*; Li, R.*; Bandodkar, A. J.*; et al.

Lab on a Chip, 19(9), p.1545 - 1555, 2019/05

 被引用回数:54 パーセンタイル:99.34(Biochemical Research Methods)

汗中のバイオマーカーおよび非侵襲的な方法で汗を集める方法は、健康および生理学的状態の評価のための汗利用の関心を生み出し、スポーツから臨床医学までの範囲の潜在的用途がある。本論文は、皮膚密着型のマイクロ流体システムを用いた2つの結果について述べる。(1)簡易な身体的および心理的刺激による汗の採取、(2)酵素化学および比色アプローチによる汗中のクレアチニンおよび尿素の濃度の検出。結果、乳児や高齢者などを対象に日常的で非薬理学的な汗の捕捉が可能になり、腎臓疾患のスクリーニング/モニタリングに汗を使用する可能性が示された。

論文

Root-endophytic Chaetomium cupreum chemically enhances aluminium tolerance in $$Miscanthus sinensis$$ via increasing the aluminium detoxicants, chlorogenic acid and oosporein

春間 俊克*; 山路 恵子*; 小川 和義*; 升屋 勇人*; 関根 由莉奈; 香西 直文

PLOS ONE (Internet), 14(2), p.e0212644_1 - e0212644_16, 2019/02

 被引用回数:13 パーセンタイル:87.95(Multidisciplinary Sciences)

すすきは鉱山跡地に生える先駆植物である。すすきは、植物性シデロフォアを生産することによって、鉱山跡地の有害元素であるAlを無毒化する。すすきの根に内生する微生物であるC. cupreumは、シデロフォアを生産することによってすすきのAl耐性を向上させる。われわれは、C. cupreumが生産するシデロフォアがoosporeinであると同定した。oosporeinがAlを無毒化することを明らかにした。C. cupreumを無菌状態のすすきに接種すると、芽の生長が促進され、Al耐性が向上した。

論文

Battery-free, skin-interfaced microfluidic/electronic systems for simultaneous electrochemical, colorimetric, and volumetric analysis of sweat

Bandodkar, A. J.*; Gutruf, P.*; Choi, J.*; Lee, K.-H.*; 関根 由莉奈; Reeder, J. T.*; Jeang, W. J.*; Aranyosi, A. J.*; Lee, S. P.*; Model, J. B.*; et al.

Science Advances (Internet), 5(1), p.eaav3294_1 - eaav3294_15, 2019/01

 被引用回数:194 パーセンタイル:99.9(Multidisciplinary Sciences)

非侵襲でバイオマーカーを検出し得るウェアラブルデバイスが注目されている。しかしながら現在までに存在するウェアラブルデバイスはその電力源や検出部分などの小型化が困難であったことから重さや大きさの点でポータビリティに欠けていた。本研究では、バッテリーフリーでかつ電気的、呈色式を用いて重要バイオマーカーである塩化物, 乳酸, グルコース, pHを検出できるスウェットデバイスを開発した。

論文

中性子小角散乱を利用したドラッグデリバリーキャリア用ナノゲルの微細構造解明

関根 由莉奈

四季, 41, P. 4, 2018/12

中性子産業利用促進協議会の季報において、ドラッグデリバリーキャリアとして利用が期待される高分子ナノ微粒子(ナノゲル)の内部の微細構造をコントラスト変調中性子小角散乱法によりはじめて明らかにした結果について解説する。

論文

Soft, skin-interfaced microfluidic systems with wireless, battery-free electronics for digital, real-time tracking of sweat loss and electrolyte composition

Kim, S. B.*; Lee, K.-H.*; Raj, M. S.*; Reeder, J. T.*; Koo, J.*; Hourlier-Fargette, A.*; Bandodkar, A. J.*; Won, S. M.*; 関根 由莉奈; Choi, J.*; et al.

Small, 14(45), p.1802876_1 - 1802876_9, 2018/11

 被引用回数:41 パーセンタイル:92.78(Chemistry, Multidisciplinary)

エクリン腺からの汗の排泄は、身体の位置,活動レベル,環境要因および健康状態によって変化する動的な生理学的プロセスである。発汗量と化学物質に組み込まれた情報内容は、健康状態と運動能力を評価するために利用することができる。本論文では、薄型で小型化されたスキンインターフェイスのマイクロ流体システムを提案する。本技術は、汗の伝導率および速度を測定するための、再利用可能なバッテリーフリーの近距離通信機能(NFC)を備える。具体的には、NFCプロトコルを活用できる回路への測定インターフェイスとして、マイクロ流路に設計かつ集積された超薄型電極の開発に成功した。開発した複合的なマイクロ流路および電子デバイスシステムを用いて実際の汗を用いて実験を行なったところ、スマートフォン等で汗の速度や電解質の濃度をリアルタイムで測定することに成功した。

論文

A Fluorometric skin-interfaced microfluidic device and smartphone imaging module for ${{it in situ}}$ quantitative analysis of sweat chemistry

関根 由莉奈; Kim, S. B.*; Zhang, Y.*; Bandodkar, A. J.*; Xu, S.*; Choi, J.*; 入江 将大*; Ray, T. R.*; Kohli, P.*; 香西 直文; et al.

Lab on a Chip, 18(15), p.2178 - 2186, 2018/08

近年、スウェットに含まれる代謝産物やイオン等を用いたPoint of Careが高く注目されている。本研究では、それらのバイオマーカーを効果的にその場で検出することを目的として、ソフトで薄いウェアラブルマイクロ流路デバイスとスマートフォンを基盤とした蛍光イメージングシステムを提案する。精密に設計されたマイクロ流路は、皮膚から汗を時間シーケンス制御で集めることを可能にした。また、集められた汗から蛍光検出剤によって検出された塩化物,ナトリウム,亜鉛濃度をスマートフォンを基盤とした蛍光イメージングシステムで正確に定量分析することに成功した。このシステムを実際に試験したところ、正確に効率よく作動することを確認した。

論文

Super-absorbent polymer valves and colorimetric chemistries for time-sequenced discrete sampling and chloride analysis of sweat via skin-mounted soft microfluidics

Kim, S. B.*; Zhang, Y.*; Won, S. M.*; Bandodkar, A. J.*; 関根 由莉奈; Xue, Y.*; Koo, J.*; Harshman, S. W.*; Martin, J. A.*; Park, J. M.*; et al.

Small, 14(12), p.1703334_1 - 1703334_11, 2018/03

 被引用回数:47 パーセンタイル:94.29(Chemistry, Multidisciplinary)

This paper introduces super absorbent polymer valves and colorimetric sensing reagents as enabling components of soft, skin-mounted microfluidic devices designed to capture, store and chemically analyze sweat released from eccrine glands. The valving technology enables robust means for guiding the flow of sweat from an inlet location into a collection of isolated reservoirs, in a well-defined sequence. Analysis in these reservoirs involves a color responsive indicator of chloride concentration with a formulation tailored to offer stable operation with sensitivity optimized for the relevant physiological range. Evaluations on human subjects with comparisons against ex situ analysis illustrate the practical utility of these advances.

論文

Northwestern大学John Rogers研究室留学体験記

関根 由莉奈

放射線と産業, (143), p.51 - 54, 2017/12

2017年1月より1年間、Northwestern大学John Rogers研究室への留学体験を記述した記事である。Northwestern大学があるイリノイ州エバンストンでの暮らしや研究活動を紹介する。著者の留学先であるRogers研究室はフレキシブルエレクトロニクスやセンサーで著名であり、研究室の様子や行っている研究内容についての詳細を記述している。

論文

Calcium-deficient hydroxyapatite as a potential sorbent for strontium

関根 由莉奈; 元川 竜平; 香西 直文; 大貫 敏彦; 松村 大樹; 辻 卓也; 河崎 陸*; 秋吉 一成*

Scientific Reports (Internet), 7(1), p.2064_1 - 2064_8, 2017/05

 被引用回数:23 パーセンタイル:76.47(Multidisciplinary Sciences)

Ca欠損アパタイト材料を用いた汚染水からのSr$$^{2+}$$の有用性について調べた。最初に、同じ2価イオンであるMg$$^{2+}$$及びCa$$^{2+}$$存在下でのSr$$^{2+}$$ (0.05mmol/L)の吸着率を調べた。Ca欠損アパタイトは他のイオン存在下においても高いSr$$^{2+}$$吸着性を維持した。例えば、0.1から1.0mmol/LのMg$$^{2+}$$及びCa$$^{2+}$$存在下において80%以上の吸着率を示した。一方、通常のアパタイトでは少量のMg$$^{2+}$$及びCa$$^{2+}$$が存在する条件でSr$$^{2+}$$に対する吸着性は著しく低下した。0.01から10mmol/LのSr$$^{2+}$$を含む水溶液を用いた吸着評価においても、Ca欠損アパタイトは通常のアパタイトよりも高い吸着性を示した。EXAFSを用いてCa欠損アパタイトにおけるSr$$^{2+}$$の吸着挙動について評価したところ、通常のアパタイトと比べてSr$$^{2+}$$が選択的に吸着するサイトが存在することが示唆された。

論文

Nanoscopic structural investigation of physically cross-linked nanogels formed from self-associating polymers

関根 由莉奈; 遠藤 仁*; 岩瀬 裕希*; 竹田 茂生*; 向井 貞篤*; 深澤 裕; Littrell, K. C.*; 佐々木 善浩*; 秋吉 一成*

Journal of Physical Chemistry B, 120(46), p.11996 - 12002, 2016/11

 被引用回数:9 パーセンタイル:32.16(Chemistry, Physical)

コントラスト変調中性子小角散乱法を用いてコレステロール置換プルラン(CHP)が形成するナノゲルの内部微細構造の評価を行った。溶媒の重水分率の異なるCHPナノゲル水溶液の散乱強度を分離してCHPナノゲルを構成するプルラン、コレステロール、プルランーコレステロールのcross-termの部分散乱関数を求めて解析を行った。結果、プルラン鎖が形成するナノゲル骨格は半径8.1nmの大きさであった。また、CHPナノゲル内において、約3個のコレステロール分子から成る架橋点が19個形成され、フラクタル次元2.6で分布していることを明らかにした。また、架橋点と高分子鎖のcross-termを解析したところ、部分鎖の大きさは半径約1.7nmであった。以上の結果より、ナノゲルの内部微細構造を明らかにした。

論文

Neutron diffraction of ice and water in hydrogels

関根 由莉奈; 小林 理気*; Chi, S.*; Fernandez-Baca, J. A.*; 鈴谷 賢太郎; 藤崎 布美佳*; 池田 一貴*; 大友 季哉*; 深澤 倫子*; 山内 宏樹; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.033009_1 - 033009_6, 2015/09

ハイドロゲル中の水の構造や特性を調べるため、100-300Kにおける低含水率のポリN,N,-ジメチルアクリルアミドハイドロ(PDMAA)ゲルの中性子回折パターンを測定した。低温下で観察されたブロードな回折パターンは昇温過程において変化し、220Kにおいて鋭いピークが観察された。これらの回折パターンを解析することにより、低含水率のゲル中には低温下でアモルファス氷が存在し、それらは昇温と共に立方晶氷, 六方晶氷に変化することを明らかにした。

論文

下町から世界へEpisode 1

関根 由莉奈

波紋, 25(2), P. 179, 2015/05

本稿は、中性子科学に携わる若手研究者として今までの研究活動の軌跡を記した記事である。高分子ゲル材料の説明や中性子線を用いた物性研究の概要を簡便にまとめあげ、中性子線の有用性や研究内容の周知に努めたものである。

論文

Dependence of structure of polymer side chain on water structure in hydrogels

関根 由莉奈; 高木 紀*; 須藤 小葉子*; 梶原 祐太郎*; 深澤 裕; 深澤 倫子*

Polymer, 55(24), p.6320 - 6324, 2014/11

 被引用回数:14 パーセンタイル:53.72(Polymer Science)

ハイドロゲルにおいて高分子側鎖が水の構造に及ぼす影響を調べるため、ポリアクリルアミドゲル(PAA)及びポリ$$NN$$ジメチルアクリルアミドゲル(PDMAA)のラマンスペクトルを測定した。PAAとPDMAAは側鎖以外は同じ化学構造を有するポリマーである。結果、水分子の振動を示すO-H伸縮振動はPAAの場合含水率の減少に伴い低波数側にシフトし、PDMAAの場合は高波数側にシフトした。これらの結果より、PAAゲルにはPAAの親水基と強い水素結合で結合した水分子が存在し、一方、PDMAAゲルには弱い水素結合でネットワーク化した水分子が存在することを明らかにした。PAAとPDMAAはほぼ同様の構造を持つにも関わらず、側鎖の違いにより水分子の構造を大きくことなることが分かった。これらの水と高分子に関する知見は、新たな高分子材料の開発に極めて重要である。

論文

Neutron diffraction of ice in hydrogels

関根 由莉奈; 深澤 倫子*; 相澤 守*; 小林 理気*; Chi, S.*; Fernandez-Baca, J. A.*; 山内 宏樹; 深澤 裕

Journal of Physical Chemistry B, 118(47), p.13453 - 13457, 2014/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:2.1(Chemistry, Physical)

ハイドロゲル中に存在する水の構造や性質を明らかにすることを目的として、10-300Kにおける重水を含むポリ$$N$$,$$N$$,-ジメチルアクリルアミドハイドロ(PDMAA)ゲルの中性子回折パターンを測定した。250K以下において観察された回折ピークは、ゲル中に氷が存在することを示した。これらのピーク位置は、通常の六方晶の氷(Ice Ih)よりも低い角度であった。このピーク位置のシフトはゲル中の氷の構造における$$a$$軸, $$c$$軸の格子が通常のIce Ihよりも各々0.29, 0.3%大きいことを示す。この結果は、PDMAAゲル中に低密度の氷が存在することを示す。このような氷構造の歪みは、ゲル中における水分子と高分子鎖の相互作用によるものと考えられる。

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