光駆動マイクロマシンを用いたマイクロ化学システムの創製

使用光驱动微型机器创建微化学系统

• 批准号: 14750182
• 负责人: 丸尾 昭二
• 金额: $ 3.07万
• 依托单位: Yokohama National University (2003)Nagoya University (2002)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750182/
• 关键词: 光駆動マイクロマシン; マイクロ光造形法; マイクロ化学分析システム; 光トラッピング; ナノピンセット; 光硬化性樹脂

本研究研の目的は、2光子サブミクロン造形法を用いて、種々の光駆動マイクロマシンを開発し、新しいマイクロ流体制御デバイスやバイオ研究用ツールを創製することである。本年度は、2自由度駆動が可能なナノニードルの駆動特性向上に関する以下の研究開発を行った。(1)高出力YAGレーザーを用いた高効率光駆動システムの構築前年度は、光駆動システムとして、2光子マイクロ光造形装置を流用していたため、レーザーパワーが100mW程度しか得られていなかった。そこで本年度は、最大出力4Wの高出力YAGレーザーを光源に用いた新たな光駆動システムを構築した。これにより、より高速かつ高出力の光駆動が行えるようになった。(2)2自由度駆動型ナノニードルの最適設計2自由度の駆動が可能なナノニードル(プローブ径:250nm)の最適設計を行った。具体的には、シングルビームで高効率な光トラップが行えるようにナノニードルの駆動部に取り付けられている「トラップポイント」の形状を最適化した。実験では、円柱形上のトラップポイントの高さと直径をさまざまに変化させ、光駆動実験を行った。その結果、直径1.1ミクロン、高さ4.2ミクロンの円柱形状が最適であることがわかった。最適形状のトラップポイントを有するナノニードルを作製し、駆動性能評価実験を行った。駆動実験では、先に開発した新駆動システムを用いて、最大回転数120rpm、最大並進駆動12Hzを実現した。(3)ナノニードルによる微小物体の操作実験最適設計したナノニードルを用いて、液体中で微小物体を操作する実証実験を行った。実験では、液体中に浮遊するマイクロ物体をニードル先端で刺す、押すなどの動作に成功した。この結果から、ナノニードルが細胞やタンパク質などの生体試料の微細マニピュレーションに有効であることが確かめられた。

该研究实验室的目的是利用双光子亚微米建模开发各种光驱动微型机器，并为生物研究创建新的微流体控制装置和工具。今年，我们针对改善可二自由度驱动的纳米针的驱动特性进行了以下研究和开发。 （1）利用高功率YAG激光器构建高效光驱系统前一年，采用双光子微型立体光刻装置作为光驱系统，因此激光功率只有100mW左右。因此，今年我们构建了一套新的光驱系统，采用最大输出4W的高功率YAG激光器作为光源。这使得执行更快、更高输出的光学驱动成为可能。 (2)二自由度驱动的纳米针的优化设计我们对可以二自由度驱动的纳米针(探针直径：250 nm)进行了优化设计。具体来说，对连接到纳米针驱动部分的“捕获点”的形状进行了优化，以实现单光束的高效光学捕获。在实验中，通过改变圆柱体上陷阱点的高度和直径来进行光驱动实验。结果发现，直径为1.1微米、高度为4.2微米的圆柱形形状是最佳的。制造了具有最佳形状捕获点的纳米针，并进行了实验来评估其驱动性能。在驱动实验中，我们使用新开发的驱动系统实现了 120 rpm 的最大旋转速度和 12 Hz 的最大平移驱动。 (3)利用纳米针操纵微观物体的实验我们进行了利用优化设计的纳米针操纵液体中微观物体的演示实验。在实验中，他们成功地用针尖刺穿并推动漂浮在液体中的微小物体。这些结果证实纳米针对于细胞和蛋白质等生物样品的显微操作是有效的。

项目成果

K.Ikuta, Y.Sasaki, H.Maegawa, S.Maruo: "Biochemical IC chips for pretreatment in biochemical experiments"Proc. of the 15th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS 2003). 343-346 (2002)

K.Ikuta、Y.Sasaki、H.Maekawa、S.Maruo：“用于生化实验预处理的生化IC芯片”Proc。

K.Ikuta, A.Takahashi, K.Ikeda, S.Maruo: "User-assembly, fully integrated micro chemical laboratory using biochemical IC chips for wearable/implantable applications"Proceedings of Micro Total Analysis Systems 2002. 37-39 (2002)

K.Ikuta、A.Takahashi、K.Ikeda、S.Maruo：“使用生化 IC 芯片进行可穿戴/植入式应用的用户组装、完全集成的微化学实验室”微全分析系统论文集 2002. 37-39 (2002)

S.Maruo, K.Ikuta, H.Korogi: "Force-controllable, optically driven micromachines fabricated by single-step two-photon microstereolithography"Journal of Microelectromechanical Systems. 12・5. 533-539 (2003)

S.Maruo、K.Ikuta、H.Korogi：“通过单步双光子微立体光刻技术制造的力可控、光学驱动的微机械”《微机电系统杂志》12・5 (2003)。

K.Ikuta, Y.Sasaki, H.Maegawa, S.Maruo, T.Hasegawa: "Micro ultrasonic homogenizer chip made by hybrid microstereolithography"Proceedings of Micro Total Analysis Systems 2002. 745-747 (2002)

K.Ikuta、Y.Sasaki、H.Maekawa、S.Maruo、T.Hasekawa：“通过混合微立体光刻技术制造的微型超声波均质器芯片”Micro Total Analysis Systems 2002. 745-747 (2002)

丸尾 昭二: "3次元マイクロ光造形法の最近の進展"レーザー研究. 31・2. 122-128 (2003)

Shoji Maruo：“3D微立体光刻的最新进展”激光研究31・2（2003）。