Study on Capillary Phenomena of Immiscible Fluids towards Autonomously Driven Droplet Microfluidics

自主驱动液滴微流控不混溶流体的毛细管现象研究

基本信息

批准号：
20J00716
负责人：
矢菅浩規
金额：
$ 3.08万
依托单位：
Ochanomizu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2022年度は、前年度に確認された理論式からのずれを低減するためデバイス製作方法の改良を行うとともに、ずれの原因に関する考察を行った。まず、開毛管デバイスの製作方法の検討を行った。前年度まで、モールディングによる開毛管の製作を行ってきたが、この方法では、鋳型へのディップコーティング時にシリコーンレジンが過剰に堆積することにより開毛管末端での寸法誤差が生じた。そこで、2022年度は、鋳型に溶液の排出口を設けシリコーンレジンの過剰な堆積を防ぐ方法を提案した。結果として、溶液が適切に排出され寸法誤差が小さくなることを確認した。続いて、製作した開毛管を用いて実験を行い、取得したデータをもとに理論からのずれの考察を行った。ずれの傾向として、高粘度の油を使用する、または表面張力が低い水溶液を使用する場合で、ずれが大きくなることがわかった。今回、理論の構築の上で、開毛管内のみの粘性散逸を考慮しているが、実際には流入口付近の油の粘性散逸も関わっているため、高粘度の油で理論からのずれが大きくなったと考えられる。また、水溶液の表面張力が低い場合、水溶液から油への置換が起こりづらく、壁面でのStick-Slip現象の影響が大きくなったと考えられる。また、油中に蛍光色素を含ませて実験を行い、これまでの光学観察で検出されていたメニスカスに先行する薄膜（Precursor film）の存在を確認した。こちらに関しては、異なる粘度のオイル、表面張力を有する水溶液を用いた場合でも一様に確認されため、ずれに直接的な影響を与える可能性は低いが、開毛管に特有の現象であると考えられる。

2022财年，我们改进了器件制造方法，以减少与上一年确认的理论公式的偏差，并考虑了偏差的原因。首先，我们研究了一种制造开放式毛细管装置的方法。直到去年，开口毛细管都是通过模塑制造的，但采用这种方法，由于在模具上浸涂时硅树脂沉积过多，导致开口毛细管末端出现尺寸误差。因此，2022年，我们提出了通过在模具中设置溶液出口来防止硅树脂过度沉积的方法。结果，确认了溶液被适当地排出并且尺寸误差减少。接下来，使用制造的开放毛细管进行实验，并根据获得的数据考虑与理论的偏差。发现当使用高粘度油或使用低表面张力的水溶液时偏差趋于增加。这次，在构建理论时，我们仅考虑了开放毛细管中的粘性耗散，但实际上，还涉及入口附近油的粘性耗散，因此人们认为，对于高粘度油，可能会出现与理论的偏差。它已经变得更大了。另外，认为当水溶液的表面张力低时，水溶液难以被油置换，壁面的粘滑现象的影响变大。另外，进行了将荧光染料浸渍在油中的实验，确认了通过光学观察检测到的弯液面之前存在薄膜(前体膜)。关于这一点，即使在使用不同粘度的油和具有表面张力的水溶液时也得到一致证实，因此不太可能对不对中产生直接影响，但认为这是开放毛细管特有的现象。完毕。