[2025/5更新] 自然・環境と工学の交差点に位置する当研究室では、微視的スケールで物質を「操る」手法を解明してきました。例えば、植物の葉における微粒子の付着を支配する微細な静電気力（電界）に着想を得て、従来の材料パターニング、センシング、集積の技術を開発しました。自然（特に植物）の法則を観察し、現実世界の課題を解決するために設計された3つの技術―ESPI、NanoSERS AeroMapper、PhytoSurface μSelect™―を紹介します。At the intersection of nature and technology, our lab has unlocked methods to manipulate matter at microscopic scales. Drawing inspiration from the subtle electrostatic forces governing particle adhesion on plant leaves, we’ve developed technologies that transcend traditional limitations in material patterning, sensing, and deposition. This site unveils three advancements—ESPI, SERS AeroMapper, and PhytoSurface μSelect™—each born from observing nature’s rules and engineered to solve real-world challenges.

1. ElectroStatic Aerosol Pore Infiltration (ESPI) >> more

静電エアロゾル細孔浸透技術
World’s First Electrostatic-Driven Particle Insertion into Honeycomb Structures

Inspired by the way charged atmospheric particles interact with surfaces, ESPI leverages electrostatic forces to propel aerosolized particles deep into the microscopic pores of honeycomb materials. Unlike conventional methods that struggle with depth, ESPI achieves 130 μm penetration into structures like anodic aluminum oxide (AAO), enabling precise loading of catalysts, sensors, or functional particles.　帯電した大気粒子が表面と相互作用する様子に着想を得たESPIは、静電気力を利用してエアロゾル化した微粒子をハニカム状の微細孔内部に深く浸透させます。従来の方法が「深さ」に課題を抱えるのに対し、ESPIは陽極酸化アルミニウム（AAO）などの構造に深さ130μmもの浸透を実現し、触媒やセンサー、機能性粒子の精密な充填を可能にします。

Possible Applications:

• Catalysts: Uniformly embed catalytic particles in reactor substrates for enhanced efficiency. 次世代触媒：反応器基材内に均一に触媒粒子を埋め込み、効率向上
• Filters: Design air/water filters with programmable particle-capture zones. 粒子捕捉領域を制御可能な空気・水フィルター設計
• Energy Storage: Optimize electrode materials for batteries and supercapacitors.電池やスーパーキャパシタの電極材料最適化

2. SERS AeroMapper >> More

エアロSERSナノプローブ技術
*Sub-100 nm Resolution Sensing via Gas-Phase Nanoparticle “Drones”* ガス相ナノ粒子“ドローン”による100nm未満の高解像度センシング

Turning conventional surface-enhanced Raman scattering (SERS) on its head, AeroMapper™ deploys 50 nm silver nanoparticles as airborne-derived sensors. These nanoparticles are deposited onto molecular layers, rather than fixed beneath them, enabling direct spatial mapping of organic molecule distributions at resolutions below 100 nm. As an example, the technology reveals hidden patterns in dip-coated films, correlating molecular density with a substrate’s lifting rate via a novel 2/3 power law. 従来の表面増強ラマン散乱（SERS）技術とは異なり、AeroMapper™はサイズ50nmの銀粒子をセンサーとして展開します。これらの粒子は分子層の「下」ではなく「上」に堆積し、有機分子の空間分布を100nm以下の解像度で直接マッピングします。例えば、ディップコート膜の「隠れた」パターンが明らかになるり、分子密度と基材の成膜速度の2/3乗則による相関を示すこともできます。

Possible Applications:

• Pharmaceuticals: Map drug molecule uniformity on tablet coatings.錠剤コーティング上の薬物分布均一性のマッピング
• Nanomaterial: Validate surface functionalization in real time.表面官能化のリアルタイム検証
• Environmental Monitoring: Detect trace pollutants on surfaces.表面の微量汚染物質検出

3. PhytoSurface μSelect™　>> More

ファイトサーフェスμ選択堆積技術
Micron-Scale Patterning Guided by Plant Leaf Electrostatics

Plants silently control particle adhesion on their leaves through invisible surface potential gradients. PhytoSurface μSelect™ replicates this phenomenon, using charged aerosol droplets to deposit particles selectively on hydrophilic or hydrophobic regions of engineered substrates. This technology achieves micrometer-scale precision without lithography, enabling cost-effective, eco-friendly material patterning. 植物は葉の表面における見えない電位勾配を通じて粒子の付着を巧みに「制御」しています。PhytoSurface μSelect™はこの現象を再現し、帯電したエアロゾル滴を用いて親水性・疎水性領域に選択的に粒子を堆積させます。リソグラフィーを用いずにマイクロメートル精度のパターニングを実現し、低コストかつ環境に優しい材料加工を可能にします。

Possible Applications:

• Microelectronics: Print conductive traces on flexible substrates.柔軟基板上への導電性トレース印刷
• Biomedical Devices: Create antibacterial surface patterns on implants. インプラント表面の抗菌パターン形成
• Agricultural Research: Study pollutant deposition on crops at microscopic scales.作物への微細汚染物質堆積の解析

Where Nature Meets Engineering
Solutions to material science challenges often lie in plain sight—etched into the surface of a leaf or the behavior of aerosol particles. By decoding and harnessing these natural principles, we’re not only advancing fields like energy, medicine, and environmental science but also redefining what’s possible at the intersection of biology and engineering.　複雑な材料科学等の課題の解決策は、葉の表面や微細な塵の振る舞いといった身近な自然現象に刻まれているのです。これらの自然原理を解読し活用することで、エネルギー、医療、環境科学の分野を飛躍的に前進させるとともに、生物学と工学の融合による新たな可能性を模索しています。

Explore collaborations, licensing opportunities, or cutting-edge research partnerships with our Lab. Together, let’s engineer tomorrow’s materials—inspired by nature, perfected by science.　当研究室との共同研究等に関心のある方はぜひご連絡ください。Mail @ EmpatLab.net