ゲルの相転移を利用した柔軟性のあるマイクロアクチュエータの開発

利用凝胶相变开发柔性微执行器

• 批准号: 11167208
• 负责人: 鈴木 博章
• 金额: $ 2.37万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11167208/
• 关键词: ゲル; 相転移; サンプリング機構; グルコース; 微小化学分析システム; μTAS; シリコン; 異方性エッチング; サンプリング; 異方性エッシング; グルコースセンサ

微小化学分析システムを実現する上で、サンプリング機構は不可欠の構成要素である。本年度は、人間の体温を感知してサンプルを吸引し、可逆的に吸引・排出を行うことのできる新しいサンプリング機構を、poly(N-isopropylacrylamide)ゲルの相転移を利用して実現した。新型サンプリング機構は、ゲルを収容する微小容器と、ゲルから溢れた水を収容する水溜めから構成される。ゲルはサンプル溶液とシリコーンゴム層で隔てられている。ゲルが膨潤する時には、ゲルは水溜めから水を吸収し、シリコーンゴムの膜を微小流路内に押し込む。これにより、微小流路内の溶液がシステム外に排出される。逆に、ゲルが収縮する時には、シリコーンゴムの弾性により、ゲルから溢れ出た水は水溜めに押し戻され、外部液が吸引される。上記のサンプリング機構の機能を微小分析システム中で確認した。このシステムにはマイクログルコースセンサと内径50μmの微小針が装着されている。ここで用いたグルコースセンサは、Nafion/酵素固定膜/polyHEMAの3層構造を有し、妨害物質の影響を低減するとともに、検量線の直線範囲を高濃度側まで拡張している。システムの温度を変え、グルコース標準液と緩衝液を順次微小流路中に吸引したところ、グルコースセンサの明瞭な応答が確認された。このシステムでは、溶液の吸引・排出は微小針を通してしかできないため、次に使用する前に洗浄用の緩衝液を何回か吸引・排出しなければならないが、その繰り返しごとにグルコースセンサの応答が小さくなる傾向が確認された。また、十分洗浄を行った後に再度グルコース標準液を吸引したところ、最初にこれを吸引した時と同様な電流値の変化が認められた。検量線を求めたところ、10mM以下の濃度範囲で直線的な関係が認められ、問題となる濃度範囲を十分カバーできることを確認した。

采样机构是实现微量化学分析系统的重要组成部分。今年，我们创造了一种新的采样机构，可以利用聚（N-异丙基丙烯酰胺）凝胶的相变来检测人体温度、吸取样本并进行可逆吸入和排出。新的采样机制由一个装有凝胶的微型容器和一个装有从凝胶中溢出的水的储水器组成。凝胶通过硅橡胶层与样品溶液分开。当凝胶膨胀时，它会从储液器中吸收水分，并迫使硅橡胶膜进入微通道。结果，微通道内的溶液被排出到系统外部。相反，当凝胶收缩时，硅橡胶的弹性迫使从凝胶溢出的水回到储液器中，外部液体被吸出。上述采样机制的功能在微量分析系统中得到了证实。该系统配备了微量葡萄糖传感器和内径为 50 μm 的微针。这里使用的葡萄糖传感器具有Nafion/酶固定膜/polyHEMA的三层结构，减少了干扰物质的影响，并将校准曲线的线性范围延伸到高浓度侧。当改变系统温度并将葡萄糖标准溶液和缓冲溶液依次吸入微通道时，证实了葡萄糖传感器的清晰响应。在该系统中，溶液只能通过微针吸入和排出，因此在下次使用之前必须多次吸入和排出洗涤缓冲液，但每次葡萄糖传感器的响应都会发生变化。此外，在充分清洗后再次吸移葡萄糖标准溶液时，观察到与第一次吸移葡萄糖标准溶液时类似的电流值变化。当获得校准曲线时，在10mM或更小的浓度范围内观察到线性关系，证实可以充分覆盖所讨论的浓度范围。