Development of a three-dimensional dielectrophoretic filter for concentration and separation of micro- and nano-particles in environmental water

开发用于环境水中微米和纳米颗粒浓缩和分离的三维介电泳过滤器

基本信息

批准号：
21K04140
负责人：
西川宏之
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Shibaura Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

水環境におけるマイクロプラスチックごみが顕在化し、国連SDGsの課題等の1つとして地球規模で社会問題化しつつある。プラスチックごみは5mmから300μm程度のいわゆる「マイクロプラスチック(MP)」、あるいはそれ以下の「スーパーマイクロプラスチッ(SMP)」に分類される。前者はその物理的な捕集と可視化が比較的容易であるが、環境水中の「ナノプラスチック」を含む100nm以下のナノ粒子(NP)の捕集と検出は極めて困難であり、かつ藻類などの粗大な夾雑物の混在により、SMPおよびNPの可視化と環境水中での動態解明を困難にしている。各種ナノ粒子は可視化や機器分析が極めて困難であるため、環境水中等を遍歴するナノ粒子の動態を正確に評価するためのモニタリング技術の開発が焦眉の急である。本研究の目的は、独自の陽子線描画による精密加工・試作技術を援用して作製した誘電体マイクロ構造を用い、水中での微細粒子の三次元泳動を電気的に制御する。これにより、環境水中のマイクロ・ナノ粒子選別・濃縮工程を簡易化・迅速化し、喫緊の海洋環境の課題解決に資することである。本研究では「サイズや有機・無機の多様な組成からなる水環境中のSMPおよびNP等のマイ　クロ・ナノ粒子をいかに選択的に捕集し、検出するか」という課題に対して、電気工学およびマイクロ・ナノ工学の視点から課題を解決する。具体的には、水中マイクロ・ナノ粒子の誘電泳動による選別と濃縮による可視化を目的として、以下の2課題に取り組んだ。第二年度となる2022年度は、(1)階層型ピットアレイによるSMP/NPの選別・誘電泳動の粒径依存性、(2)階層型PMMAピットアレイのデザインの見直し、作製工程の改善、の2課題について取り組んだ。

水环境中的微塑料废物已变得显而易见，并正在成为全球范围内的社会问题，成为联合国可持续发展目标中的问题之一。塑料废物分为所谓的“微塑料（MP）”，其尺寸约为5毫米至300微米，或“超级微塑料（SMP）”，其尺寸更小。前者相对容易物理收集和可视化，但收集和检测100 nm或更小的纳米粒子（NP）极其困难，包括环境水中的“纳米塑料”，以及粗污染物的存在使得SMP难以可视化和 NP 并阐明它们在环境水中的动态。由于各种类型的纳米颗粒极难使用仪器进行可视化和分析，因此迫切需要开发监测技术来准确评估环境水中循环的纳米颗粒的动态。这项研究的目的是利用介电微结构来电控制水中微粒的三维迁移，而介电微结构是通过精密加工和原型技术使用独特的质子束光刻技术制造的。这将简化和加速环境水中微纳米颗粒的分选和浓缩过程，并有助于解决紧迫的海洋环境问题。在这项研究中，我们将解决“如何选择性地收集和检测水环境中具有不同尺寸和有机/无机成分的微/纳米颗粒，例如SMP和NP”的问题，并从以下角度解决问题：微/纳米工程。具体来说，我们开展了以下两项任务，目的是通过介电泳对水下微/纳米颗粒进行分类，并通过浓缩将它们可视化。在第二年的 2022 财年，我们将重点关注 (1) 使用分层凹坑阵列的 SMP/NP 分选和介电泳的粒度依赖性，(2) 回顾分层 PMMA 凹坑阵列的设计，以及改进制造工艺。研究了两个问题。

项目成果

期刊论文数量（16）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

水環境中のポリスチレン微粒子の捕集に及ぼす誘電泳動用ピットの影響

介电泳坑对水环境中聚苯乙烯细颗粒收集的影响

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
関宏範; 林秀臣; 内田諭; 西川宏之
通讯作者：
西川宏之

集束陽子線描画を用いた印刷用スタンプの作製とa-IGZO薄膜の転写特性

使用聚焦质子束光刻技术制作印模以及 a-IGZO 薄膜的转移特性

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
川村恵矢; 林秀臣; 関宏範; 西川宏之
通讯作者：
西川宏之

集束陽子線描画により作製したマイクロ構造体によるフォトニックナノジェット生成と共焦点顕微鏡観察

使用聚焦质子束光刻制造的微结构进行光子纳米喷射生成和共焦显微镜观察

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
瀬谷大也;前田祐希;田中柊生;関宏範;松井龍之介;西川宏之
通讯作者：
西川宏之

Utilizing a photosensitive dry film resist in proton beam writing

在质子束写入中使用感光干膜抗蚀剂

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hironori Seki; Keiya Kawamura; Hidetaka Hayashi; Yasuyuki Ishii; Nitipon Puttaraksa;Hiroyuki Nishikawa
通讯作者：
Hiroyuki Nishikawa

Utilizing a photosensitive dry film resist in proton beam writing

在质子束写入中使用感光干膜抗蚀剂

DOI：
10.35848/1347-4065/ac55e1
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
1.5
作者：
Seki Hironori;Kawamura Keiya;Hayashi Hidetaka;Ishii Yasuyuki;Puttaraksa Nitipon;Nishikawa Hiroyuki
通讯作者：
Nishikawa Hiroyuki