ミクロ熱流動研究部門分子熱流研究室小原拓教授・菊川豪太講師バイオミメティクス流体機械の基礎研究ナノテクノロジーの進歩は機械工学にも大きな影響を与えていますが、熱や物質の輸送を主な機能とする熱流体機械は、これを受けてどのような方向を見出せるでしょうか。例えばポンプやタービンなど、通常スケールで優れた機能を示す機械をそのままスケールダウンしてナノスケールの機械を作っても、その機能にはあまり期待できません。機械のパワーを支配する体積が、摩擦や抵抗などロスを支配する表面積に比べてスケールダウンに伴う低下の度合いが大きいためです。これに対する一つの解は、既にナノスケールの構造をもち、その構造を使った高効率のプロセスを実現している、生体内のエネルギープロセス・輸送プロセスです。生体に学んだナノスケール熱流体デバイスを実現すべき、生体内のエネルギー装置について理解を深めています。図はブラウニアンラチェットの原理に想を得たラチェット式電気泳動を実現する一つの方法として提案した DNA 選別のための電気泳動マイクロチップです。生体膜の構造と輸送特性脂質二重膜は、生体分子の細胞膜についてのモデルであり、その物質輸送特性について様々な研究がなされています。今後は生体内のエネルギー装置の材料として、その熱輸送特性が重要になるでしょう。また、脂質二重膜はポリマーが水中で自己組織化して均一かつ非等方性の構造をもつに至ったものであり、その設計自由度の大きさや機能・形状の多様性から近年急速に応用展開が進んでいるソフトマターの一つとして、その構造と輸送特性との間に普遍的な関連性を求める新しい基礎的研究展開のターゲットでもあります。本研究室では、脂質二重膜の熱輸送特性について分子動力学シミュレーションで解析を進めており、その熱伝導率の異方性や単層膜間の大きな熱抵抗を初めて見出すなど、成果をあげています。