超高速オンチップ流体制御技術を基盤としたハイスループット微粒子操作技術の創生

基于超高速片上流体控制技术创建高通量粒子操控技术

基本信息

批准号：
22KJ2490
负责人：
齋藤真
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

細胞や花粉の化石といった微粒子をハイスループットに分取する．この目的を達成するため，分取システムのスループットを律速する原因となっている粒子のランダムな流入間隔の統制を行うこととした．具体的には，マイクロ流体チップに統合した流体制御技術を用いて，以下の手法で課題に取り組んだ．(1) 流路内部に流入する粒子を濃縮することでその空間的間隔を狭め，(2) 渦を周期的に生成し，その圧力場を仮想的なゲートとして利用することで時間的間隔を統制し，(3) 支流から流体を追加することで，所望の間隔に制御する．本年度は，マイクロ流体デバイスの設計・製作，各流体制御の基礎評価を行い，以下の成果を得た．(a) デバイス設計・システム構築：マイクロ流路環境下において高速かつ精密な流体制御を行うための配管抵抗に基づく流路の設計論を確立した．また，ピエゾアクチュエータを基盤とした流体制御系を設計し，光学系の観察部，電気系の制御部からなる実験システムを構築した．(b) 粒子間隔制御：マイクロ流体チップ上に統合した圧電素子の音響力によって粒子を流路中央に配列し，流体制御によって流体を段階的に吸引することで，マイクロ流路において粒径100 umの大型の粒子を詰まらせることなく濃縮することに成功した．この流体制御技術は，大型粒子の高濃度な懸濁液をマイクロ流路環境下で解析可能とすることから，マイクロ流体デバイスの応用性を拡張するものである．これに加えて，ピエゾアクチュエータを駆動源とするオンチップメンブレンポンプによって，周期的な渦生成が可能であり，この渦によって粒子の時間間隔が統制されることを確認した．また，マイクロ流路の流速と渦の動的な生成の関係を調べ，これまでその優位性が示唆されながらも知見に乏しかったマイクロ渦の時空間生成の条件を調査した．

高通量分离化石细胞和花粉等微粒。为了实现这一目标，我们决定控制颗粒的随机流入间隔，这是限制制备分离系统吞吐量的原因。具体来说，我们使用集成到微流控芯片中的流体控制技术来通过以下方法解决该问题。（1）通过集中流入通道的粒子来缩小空间间隔；（2）通过周期性地产生涡流并使用产生的压力场作为虚拟门来缩小时间间隔（3）通过从通道添加流体来控制所需的间距。支流。今年，我们设计和制造了微流体装置，并对各种流体控制进行了基本评估，得到了以下结果。（a）装置设计/系统构建：我们建立了基于管道阻力的流道设计理论，用于微通道环境中的高速精确流体控制。我们还设计了基于压电执行器的流体控制系统，并构建了由光学观察部分和电气控制部分组成的实验系统。 (b) 颗粒间距控制：利用微流控芯片上集成的压电元件的声力将颗粒排列在通道中心，通过流体控制分阶段吸入流体，使直径为100 um的颗粒可以在微通道中成功地浓缩大颗粒而不堵塞它们。这种流体控制技术使分析微流体环境中大颗粒的高浓度悬浮液成为可能，从而扩展了微流体装置的适用性。此外，我们确认使用由压电执行器驱动的片上隔膜泵可以产生周期性涡流，并且该涡流控制粒子的时间间隔。我们还研究了微通道内流速与涡动态产生之间的关系，并研究了微涡时空产生的条件，这在以前被认为是优越的但知之甚少。