Details of a Researcher - Kazoe, Yutaka

Kazoe, Yutaka

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Affiliation: Faculty of Science and Technology, Department of System Design Engineering （Yagami）

Position: Associate Professor

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Books 【 Display / hide 】

Micro and extended-nano fluidics and optics for chemical and bioanalytical technology, in “Progress in Nanophotonics 2” Ed. Motoichi Ohtsu

Kazuma Mawatari, Yuriy Pihosh, Hisashi Shimizu, Yutaka Kazoe, Takehiko Kitamori, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2013
Extended-nano fluidic systems for chemistry and biotechnology

Kazuma Mawatari, Takehiko Tsukahara, Yo Tanaka, Yutaka Kazoe, Philip Dextras, Takehiko Kitamori, Imperial College Press, 2011

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Papers 【 Display / hide 】

Parallel multiphase nanofluidics utilizing nanochannels with partial hydrophobic surface modification and application to femtoliter solvent extraction.

Kazoe Y, Ugajin T, Ohta R, Mawatari K, Kitamori T

Lab on a chip 19 （ 22 ） 3844 - 3852 2019.11

Joint Work, Accepted, ISSN 1473-0197
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Cytokine analysis on a countable number of molecules from living single cells on nanofluidic devices.

Nakao T, Kazoe Y, Mori E, Morikawa K, Fukasawa T, Yoshizaki A, Kitamori T

The Analyst 2019.11

Joint Work, Accepted, ISSN 0003-2654
- Access to Document (DOI)
Enzyme-linked immunosorbent assay utilizing thin-layered microfluidics.

Nakao T, Mawatari K, Kazoe Y, Mori E, Shimizu H, Kitamori T

The Analyst 144 （ 22 ） 6625 - 6634 2019.11

Joint Work, Accepted, ISSN 0003-2654
- Access to Document (DOI)
Ferroelectric Extended Nanofluidic Channels for Room-Temperature Microfuel Cells

Pihosh Y., Kazoe Y., Mawatari K., Seo H., Tabata O., Tsuchiya T., Kitamura K., Tosa M., Turkevych I., Kitamori T.

Advanced Materials Technologies （Advanced Materials Technologies) 4 （ 9 ） 2019.09

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© 2019 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim Integration of fuel cells into microfluidic devices requires development of innovative proton conductors. Conventional Nafion membranes are incompatible with planar-type microfluidic devices and require a high operation temperature of over 100 °C to achieve rapid proton transfer. In contrast, glass nanochannels (NCs) work as proton conductors even at room temperature and can be seamlessly integrated into microfluidic devices, which in turn makes microfuel cells (µFCs) attractive for a wide range of practical applications, such as power sources for ultrasmall autonomous electronics and chemo- or biosensors. However, the conductivity of NCs is limited by their small cross-sectional area. It is revealed that spontaneous polarization of lithium niobite (LiNbO3) used as the NC material enhances a surface charge of a SiO2 layer formed on LiNbO3 and induces a fast proton transfer in water in the NCs. It is demonstrated that a µFC containing the LiNbO3 NCs demonstrates a proton diffusion coefficient that is 1.8 times higher than that of a reference device with bare glass NCs. In addition, such a µFC achieves a remarkable power output of up to ≈54 mW cm−2 at room temperature, which is 1.4 times higher than that of the similar device with bare glass NCs.
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Highly efficient photocatalytic conversion of solar energy to hydrogen by WO3/BiVO4 core-shell heterojunction nanorods

Kosar Sonya, Pihosh Yuriy, Bekarevich Raman, Mitsuishi Kazutaka, Mawatari Kazuma, Kazoe Yutaka, Kitamori Takehiko, Tosa Masahiro, Tarasov Alexey B., Goodilin Eugene A., Struk Yaroslav M., Kondo Michio, Turkevych Ivan

APPLIED NANOSCIENCE （Applied Nanoscience (Switzerland)) 9 （ 5 ） 1017 - 1024 2019.07

Joint Work, Accepted, ISSN 21905509

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© 2018, Springer-Verlag GmbH Germany, part of Springer Nature. Photocatalytic splitting of water under solar light has proved itself to be a promising approach toward the utilization of solar energy and the generation of environmentally friendly fuel in a form of hydrogen. In this work, we demonstrate highly efficient solar-to-hydrogen conversion efficiency of 7.7% by photovoltaic–photoelectrochemical (PV–PEC) device based on hybrid MAPbI3 perovskite PV cell and WO3/BiVO4 core–shell nanorods PEC cell tandem that utilizes spectral splitting approach. Although BiVO4 is characterized by intrinsically high recombination rate of photogenerated carriers, this is not an issue for WO3/BiVO4 core–shell nanorods, where highly conductive WO3 cores are combined with extremely thin absorber BiVO4 shell layer. Since the BiVO4 layer is thinner than the characteristic carrier diffusion length, the photogenerated charge carriers are separated at the WO3/BiVO4 heterojunction before their recombination. Also, such architecture provides sufficient optical thickness even for extremely thin BiVO4 layer due to efficient light trapping in the core–shell WO3/BiVO4 nanorods with high aspect ratio. We also demonstrate that the concept of fill factor can be used to compare I–V characteristics of different photoanodes regarding their optimization for PV/PEC tandem devices.
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Papers, etc., Registered in KOARA 【 Display / hide 】

Creation of spatially and temporally resolved flow measurement method for nanochannels utilizing single molecule as tracer

Kazoe, Yutaka

科学研究費補助金研究成果報告書 2019

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Reviews, Commentaries, etc. 【 Display / hide 】

Hierarchical structure of fluidic channels and their application to bio-devices

Takehiko Kitamori, Kazuma Mawatari, Yutaka Kazoe

Oyo Buturi 84 882 - 888 2015.10

Other, Single Work
窒化ホウ素ナノチューブで発電する？－ナノ流体デバイスの構築と電流測定－

嘉副　裕

化学 69 60 - 61 2014.05

Other, Single Work
拡張ナノ流路における流速分布測定

嘉副　裕

ナノ学会会報 12 3 - 6 2013.09

Other, Single Work

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Presentations 【 Display / hide 】

Development of micro/extended-nano filtering interface with extended-nanopillars

Kyojiro Morikawa, Yutaka Kazoe, Hiroshi Tarui, Ryoichi Ohta, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori

Proceedings of MicroTAS2018,

2018.11
,
Other
Pressure-driven injection of charged solute molecules from micro to nanochannel

Kazuma Okamoto, Yutaka Kazoe, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori

Proceedings of MicroTAS2018,

2018.11
,
Other
Nanochannel open/close valve utilizing glass deformation on a nanofluidic device

Hiroki Sano, Yutaka Kazoe, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori

Proceedings of MicroTAS2018,

2018.11
,
Other
Micro/nano-integrated fluidic device for living single-cell protein analysis

Tatsuro Nakao, Yutaka Kazoe, Kyojiro Morikawa, Ayumi Yoshizaki, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori

Proceedings of MicroTAS2018,

2018.11
,
Other
Development of microfluidic droplet shooter for ultrahigh-sensitive mass spectrometry

Yutaka Kazoe, Yusuke Shimizu, Yasushi Terui, Kyojiro Morikawa, Kazuma Mawatari, Takehiko Kitamori

Proceedings of MicroTAS2018,

2018.11
,
Other

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Research Projects of Competitive Funds, etc. 【 Display / hide 】

Development of a method for single-molecule chemical processing utilizing ultra-small droplets in nanospace and application to cytokine analysis

2021.07

-

2025.03

MEXT,JSPS, Grant-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering), Principal investigator
Development of a fabrication method for cellular membrane-integrated nanofluidic device utilizing nanochannel parallel two-phase flows

2019.06

-

2021.03

MEXT,JSPS, Grant-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory) , Principal investigator

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ナノ流体工学が進展し化学分離・分析法の超高機能化が実現しつつある。一方、同スケールの細胞・小胞は既存の化学の方法ではできない多種多様な機能を有しており、その中の細胞膜と膜タンパクは様々な分子種の超高選択的輸送や濃度勾配を逆行する能動輸送など特異的な役割を担う。そこで代表者は、細胞膜と膜タンパクをナノ流路に組込み機能を再現すれば、既存の化学の延長でない新しいナノ流体機能デバイスを創成でき、夾雑物からの超高選択的分離、簡易迅速薬物モニタリング、人工細胞／小胞システムなどを実現できると着想した。そこで本研究では、独自のナノ流路油水平行二相流形成技術を活用したナノスケール脂質二重膜組込技術を開発する。
Development of a 3D3C super-resolution measurement method for flow velocity distribution in nanospace utilizing defocusing particle image with light interference

2019.04

-

2022.03

MEXT,JSPS, Grant-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Principal investigator

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流体工学が光の波長より小さいナノ空間へと進展している。しかし、空間が幅・深さ数100 nm以下になると液体の物性変化など様々な特異的現象が発現するため、この空間の物質輸送を明らかにする超解像度（10 nm分解能）の流速分布計測が重要となる。流速分布計測法としては粒子画像流速計（PIV）が一般的であるが、(x, y, z)３方向に対して超解像度を実現することは極めて難しかった。そこで本研究では、レンズの結像で問題となる球面収差を積極活用・制御して、非焦点領域の粒子像からナノ粒子の位置を10 nm分解能で検出するデフォーカス・ナノPIVを開発する。
Creation of Extended-Nano Thermo-Optical Fluidic Device and Realization of Nonlabeled Single Molecule Detection

2017.04

-

2020.03

The University of Tokyo, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), No Setting

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本研究では、研究代表者ら独自の非蛍光分子検出法である光熱変換位相差（POPS）検出法により、100 nmの拡張ナノ空間で生体分子の無標識一分子検出を実現することを目的とする。具体的には、生体分子を対象とするUV励起型かつバックグラウンドフリー化のための光学系、及び熱拡散に伴う感度低下の抑制のため熱光学特性を制御した検出用拡張ナノ流路を開発して、これまで100分子レベルであった検出感度を更に2桁向上させる。以上により、単一・可算個分子を対象とする極限の分析化学を創成する。
平成29年度は、UV励起型かつバックグラウンドフリー化のための光学系を開発した。POPS検出では、プローブ光を微分干渉プリズムにより分離して干渉させることで光の波長以下の拡張ナノ空間で試料分子から放出される熱に伴う屈折率変化を検出する。これまでの光学系では、プローブ光だけでなく励起光も微分干渉プリズムを通過する構造であった。しかし、これをUV励起型にするとプリズムにおける紫外励起光の透過性と可視プローブ光の干渉性の両立が困難であり、検出における感度低下の要因となっていた。そこで、励起光とプローブ光の光路を独立化させた光学系を開発することで、UV励起型でもプローブ光の高精度の干渉を実現した。これにより、干渉によるバックグラウンド低減率が従来よりも5倍高い消光比1/340を達成した。これは従来光学系によるUV励起型POPSよりも感度が桁で高い検出が可能であることを意味している。今後、新たに開発した光学系を用いて生体分子の検出性能の評価に取り組む。
当初研究計画通りにUV励起型POPSにおける光学系の問題を解決してプローブ光干渉の性能向上を実現しているため。
今年度開発した光学系を用いて励起光強度の増強とノイズ低減に取り組み検出性能を評価する。一方、検出に用いる拡張ナノ流路への断熱部への組込などによる流路の熱光学特性の制御にも着手する。
Creation of spatially and temporally resolved flow measurement method for nanochannels utilizing single molecule as tracer

2015.04

-

2020.03

MEXT,JSPS, Grant-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Young Scientists (A), Principal investigator

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10-100 nm空間を利用して革新的機能を実現するナノ流体工学が発展しつつあり、ナノ流路の時空間流動計測法が求められている。しかし、最小でも20 nm程度のトレーサ粒子を用いる従来の粒子画像流速計（PIV）は、100 nm空間では分解能に乏しく、10 nm空間にはそもそも適用困難である。そこで本研究では、単一分子をトレーサとするナノ空間流速分布計測法、即ち分子画像流速計（MIV）を創成する。
これまでにサイズが制御された高分子であるデンドリマーを用いた単一分子トレーサを開発してきた。末端にサクシニミジルエステル基を有するデンドリマーと蛍光分子の修飾反応により、大きさ14 nmでサイズ・蛍光強度ともに均一な単一分子トレーサをはじめて実現した。これにより、分解能など課題はあるものの、MIVを用いて深さ150 nmのナノ流路の圧力駆動流の流速分布計測にはじめて至った。また、修飾反応における反応回数、反応溶媒、スペーサの導入を改善し、単一分子トレーサの強度を2.2倍に増加させることに成功した。
平成29年度は、MIVによる流速分布計測システムの開発に取り組んだ。しかし、当初のレーザーの全反射を用いたエバネッセント波による計測システムでは、蛍光強度からトレーサの位置を求めるため、蛍光が微弱な単一分子トレーサでは測定における空間分解能の向上に限界があることが判ってきた。一方、研究を進める中で、ナノ粒子のデフォーカス像の形状を用いればナノスケールの分解能をもつ測定が可能であることを見出した。そこで次年度は、MIVによるナノ空間流速分布計測に向けて測定法の検討と実証に取り組む。
測定法の検討を含め、ナノ空間の流速分布計測に向けて有用な知見が得られているため。
引き続きMIVによるナノ空間流速分布計測に向けて、測定法の検討と実証に取り組む。