微小電極を用いた濃度場計測による微小隙間内での粘性の異なる液相反応流場の解明

通过微电极测量浓度场阐明微间隙中不同粘度的液相反应流场

基本信息

批准号：
18760566
负责人：
長津雄一郎
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Nagoya Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18760566/
关键词：
微小電極液相反応流 Viscous fingering マイクロ空間

项目摘要

研究者代表者らの従来の研究において、ヘレ・ショウセル内に形成される化学反応を伴うMiscible viscous fingering (MVF)の反応性流れ場の物理モデルを考案した。しかしながら、その妥当性を検討するにはMVFの各領域、セルの深さ方向の各点における反応物濃度の詳細を実験的に知る必要がある。また、セルの深さ方向の二液体のシート状構造に関しても、類似の実験結果と低粘性溶液の色の濃さから判断して提唱されたものであり、実際にシート状構造が形成されているのかを実験的に確認した例は未だ無い。物理モデルの妥当性の検討、シート状構造の存在の確認のどちらにおいても、セル内に存在する溶液の濃度場を直接計測することができれば可能であると考えられる。しかしながら、ヘレ・ショウセルによって形成される微小空間のサイズを考えると、そのような計測は非常に困難であると予想され、それを可能にしたという研究は報告されていない。そこで研究者代表者は、従来主に生物学の分野で用いられてきた微小電極を利用して、ヘレ・ショウセル内に形成されるMVFの濃度場計測を行うことを考案した。微小電極には先端の感応部が数μmスケールのものがあり、本研究で用いた間隔が0.3mmのセルでも詳細な濃度場計測が可能であると考えられる。平成19年度は、微小電極を利用してセルの間隔方向の濃度場計測を可能にする実験手法を確立し、これをヘレ・ショウセル内に形成される化学反応を伴わないMVFに適用してシート状構造の存在とその形状の実験的な確認を試みた。得られた結果は従来考えられていた形状を表すものとは異なり、シート状構造領域では低粘性液体が主にセルの隙間の上半分に存在するというものになった。これを低粘性液体と高粘性液体の密度差に原因があると考え、低粘性液体の密度を上げた実験も行ったが、今回密度を変化させた範囲では明確な影響を確認できなかった。また、今後の課題として、実験精度の改善が挙げられる。

在研究人员之前的一项研究中，我们设计了一个物理模型，该模型是可混杂的粘性指法（MVF）的反应性流动场，并在异端Showcel中形成了化学反应。但是，为了检查其有效性，有必要在MVF的每个区域和每个点的深度方向上学习反应物浓度的细节。此外，根据相似的实验结果和低粘性溶液的颜色密度，提出了两个液体在细胞深度方向上的板状结构，并且没有实验性验证是否实际形成了薄板状结构的实验验证。据信，可以直接测量细胞中存在的溶液的浓度场，既可以检查物理模型的有效性，又可以确认类似板状结构的存在。但是，鉴于Helle Shawsel形成的微义的大小，预计此类测量值将非常困难，而且没有研究报告它们已成为可能。因此，研究人员的代表性设计了一种使用主要用于生物学领域的微电极在异端秀细胞中形成的MVF浓度场的方法。微电极在几个μm的尖端上具有敏感部分，并且人们认为即使在本研究中使用0.3 mm的间距的细胞中，详细的浓度场测量也可能是可能的。在2007年，我们建立了一种实验方法，该方法允许使用微电极沿细胞间距的方向测量浓度场，并将其应用于MVF，该MVF不涉及在Heretos和Shaw细胞中形成的化学反应，以实验确认板状结构的存在及其形状。获得的结果与代表常规构想的形状的结果不同，其中低粘度液体主要存在于薄板结构区域的细胞间隙上半部分。我们认为这是由于低粘液液体和高粘液液之间的密度差异，并进行了一个实验，其中低粘性液体的密度增加，但在这段时间的密度变化的范围内没有明显的效果。此外，未来的问题包括提高实验的准确性。