マイクロ流体デバイスのための機能性表面の最適設計

微流体装置功能表面的优化设计

基本信息

批准号：
12F02732
负责人：
鈴木雄二
金额：
$ 0.77万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

近年, マイクロ流体デバイスにおいて電気的制御による液滴操作技術に対する関心が高まっている. 本研究では, MEMSピラー構造を用いた超撥液表面での濡れ性・電気的安定性の現象解明とその最適設計に基づいた液滴デバイスの開発に取り組んでいる. 現在までに, MEMS技術を用いて製作される周期的ナノピラー構造を用いた超撥液性表面を用いた液滴輸送において, 液滴とピラー表面間に空気層を形成するCassie-Baxter状態を保持する観点から, 液滴の静的・動的接触角ヒステリシス特性および電圧印可に対する液滴速度をモデル予測し, 抵抗力の評価を行った. 特に, 固体面積割合を一定とした周期的ナノピラー構造を形成し, 静的・動的接触角特性に及ぼすピッチの影響を実験的に調査した. 平成25年度には, MEMSピラー構造の静的/動的接触角特性を種々の液体に対して系統的に評価するとともに, 従来知見の極めて少ない電場の重畳する場におけるCassie-Baxter状態の静電気的安定特性に対する実用モデルを開発し, 電気的制御による高速液滴輸送を実現するための検討を実験および理論解析の両面から推進した.今後, 現在までに開発したMEMSピラー構造を超撥水/超撥液性表面に応用し, 電気的制御による高速液滴操作技術の開発に取り組むことを予定している. MEMSピラー構造の超撥液特性に対する系統的評価を継続し, デバイス応用への基礎データを整備するとともに機能性表面を実現するためのMEMSプロセスに対する検討を進め, 低電圧での高速液滴操作が可能なマイクロ流体デバイス応用に向けた最適設計指針を獲得することを目指す.

近年来，人们对微流体装置中使用电控制的液滴操纵技术越来越感兴趣。在这项研究中，我们将利用 MEMS 柱结构及其优化来阐明超疏液表面的润湿性和电稳定性现象。迄今为止，我们已经报道了使用 MEMS 技术制造的周期性纳米柱结构的超液体排斥表面的液滴传输。从维持液滴与柱表面之间形成空气层的Cassie-Baxter状态的角度出发，通过模型预测了液滴的静态和动态接触角滞后特性以及相对于施加电压的液滴速度，并且特别是，我们形成了具有恒定固体面积比的周期性纳米柱结构，并通过实验研究了沥青对静态和动态接触角特性的影响。除了系统评估MEMS柱结构对各种液体的静态/动态接触角特性外，我们还开发了电场叠加场中Cassie-Baxter态静电稳定性特性的实用模型，即我们开发了利用电控制实现高速液滴传输的MEMS柱结构，并进行了实验和理论分析。将来，我们将把迄今为止开发的MEMS柱结构应用于超疏水/超液体。令人厌恶的表面，我们计划致力于开发利用电控制的高速液滴操纵技术，我们将继续系统地评估MEMS柱结构的超防液性能，为器件应用准备基础数据，并开发功能表面。通过对 MEMS 工艺的研究来实现这一目标，旨在获得适用于可在低电压下运行高速液滴的微流体设备的最佳设计指南。