高精度位置決め磁気駆動マイクロデバイスを用いたオンチップ細胞操作に関する研究

利用高精度定位磁驱动微器件进行片上细胞操控的研究

基本信息

批准号：
11J56352
负责人：
萩原将也
金额：
$ 0.45万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2012
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J56352/
关键词：
マイクロロボット μTAS Lab on a Chip On-chip robot

项目摘要

本研究ではマイクロ流体チップ内で非接触に駆動される磁気駆動マイクロツール(Magnetically Driven Microtool:MMT)にかかる摩擦を低減することで,マイクロ流体チップ内において細胞の精密・高速操作を行うことを目的としている.駆動源として永久磁石を用いるため,熱の発生がなく,非接触でmNレベルの力を発生させられる超精密・超高速アクチュエータは世界初である.そこで本年度はMMTに規則的に配列したV溝群(リブレット)を加工することにより,高速駆動時における流体摩擦の低減を行った.まずリブレット解析モデルを作製し,流体摩擦を最小に抑えるためのリブレット形状の最適化設計を実施.この最適形状を作製については,シリコンとニッケルの複合加工を用いることで,高精度に微小V溝群をMMTに加工することを達成した.作製したMMTの駆動周波数特性を測定すると,従来5Hz程度で駆動できなくなっていたのに対して,リブレット付のMMTにおいては90Hz(282mm/s)の高速駆動を達成した.また,マイクロ流体チップのガラス基板に圧電セラミックスを付与して超音波振動を印加することにより,見かけの摩擦力を大幅に低減することが可能であり,これにより最小1.1μmの位置決め精度を達成している.マイクロ流体チップの安定した環境内において,流体制御をチップデザインにより行うことで,細胞を連続的にMMT作業エリアに搬送することにより,細胞の処理速度を飛躍的に向上することが可能である,本年度はマイクロ流体チップ内において流体微粒子多分岐ソーティング,細胞の多分岐搬送,卵子の高速除核を達成した.mNの発生力mmの位置決め精度,280mm/s以上の高速駆動を達成した非接触アクチュエータは世界初であり,マルチスケールの細胞に対して適応することが可能である.

在这项研究中，我们将介绍一种在微流控芯片内以非接触方式驱动的磁力驱动微型工具。其目的是通过减少施加在微型工具（MMT）上的摩擦，对微流控芯片内的细胞进行精确、高速的操纵。由于使用永磁体作为驱动源，因此不会产生热量，并且不会产生热量。这是世界上第一个能够产生mN级力的超精密、超高速执行器。今年，我们开发了一种在MMT上加工规则排列的V形槽（肋）的方法，可以实现高强度。 - 高速运行。首先，我们创建了肋条分析模型，并对肋条形状进行了优化设计，以最大限度地减少流体摩擦。为了创建这种最佳形状，我们使用了硅和镍的组合工艺，结果，我们能够加工一组。在MMT上高精度地加工出微小的V形槽。当我们测量所制作的MMT的驱动频率特性时，我们发现传统模型无法以5Hz左右的频率驱动，而带有沟槽的模型则无法以5Hz左右的频率驱动。在MMT中，我们实现了90Hz（282mm/s）的高速驱动。此外，通过在微流控芯片的玻璃基板上添加压电陶瓷并施加超声波振动，我们能够显着降低表观摩擦力。最小定位精度为1.1μm。在微流控芯片稳定的环境下，通过芯片设计控制流体，可以实现细胞的连续移动。通过将细胞输送到MMT工作区，可以大幅提高细胞的处理速度。今年，我们将在MMT中进行流体颗粒的多分支分选、细胞的多分支输送、卵子的高速去核等。这是世界上第一个实现mN力定位精度和超过280 mm/s高速驱动的非接触式执行器，使其能够应用于多尺度细胞。