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：
14F02732
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：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14F02732/
关键词：
超撥液面 MEMS ピラー構造接触角電場安定性表面張力

项目摘要

近年，従来の連続流としての液体操作技術に替わり，マイクロデバイスを用いた電気的制御による液滴操作技術が注目されている．特に，微量サンプルの高速かつ高精度な生化学分析や形態制御を実現するため，液滴操作技術のさらなる低消費電力化や操作性の向上が求められる．本研究では，マイクロマシン(MEMS)技術を用いて製作されるピラー構造を用いた超撥液面に着目し，MEMSピラー構造を用いた超撥液面の濡れ性および電気的安定性を理論モデルの構築およびプロタイプデバイスの実験的評価を通じて系統的に評価した． MEMSピラー構造の接触角特性を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状態の電気的安定性に対する実験評価を行い，表面張力の異なる様々な液滴に対する許容印可電圧を予測可能な理論モデルを開発した．特に，電場中での安定性に及ぼす表面張力やイオン濃度の影響を実験的に評価し，デバイス応用に向けた基礎データを蓄積した．また，予測モデルと実験データとの定量的な比較を行い，提案モデルの妥当性を評価した．さらに，本モデルに基づき，MEMSピラー構造を用いた新たな超撥液面として，液体耐性エレクトレットを提案し，その有用性を実証した．本成果は極めて独自性が高く，今後のマイクロ流体デバイスへの実応用に対して有用な新技術を提供するものである．以上の成果に関連し，国際会議２件（うち１件は本分野を代表する査読の厳しい国際会議に採択），国内会議１件で成果発表を行い，雑誌論文への投稿準備を行った．

近年来，利用微型器件进行电控制的液滴操纵技术取代了传统的连续流动液体操纵技术而受到关注。特别是，为了实现微量样品的高速、高精度生化分析和形态控制，需要进一步降低功耗、提高液滴操控技术的可操作性。在本研究中，我们重点研究了使用微机械（MEMS）技术制造的柱结构的超级防液表面，并使用理论模型系统地评估了使用MEMS柱结构的超级防液表面的润湿性和电稳定性。通过原型设备的构建和实验评估进行评估。除了系统地评估MEMS柱结构的接触角特性之外，我们还对叠加电场领域中Cassie-Baxter态的电稳定性进行了实验评估，这在之前的知识中是极其缺乏的。可以预测允许施加电压的模型。特别是，我们通过实验评估了表面张力和离子浓度对电场稳定性的影响，为器件应用积累了基础数据。我们还对预测模型和实验数据进行了定量比较，以评估所提出模型的有效性。此外，基于该模型，我们提出了一种使用 MEMS 柱结构的防液驻极体作为新型超级防液表面，并证明了其实用性。这一结果非常独特，提供了一种新技术，可用于未来微流体装置的实际应用。结合上述结果，我们在两次国际会议（其中一次在经过严格同行评审的国际会议上被接受，具有该领域的代表性）和一次国内会议上展示了我们的结果，并准备投稿给期刊文章。