3次元微細加工技術を用いた自励振動高分子ゲル繊毛アクチュエータに関する基礎研究

• Project/Area Number: 13022270
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 田畑 修 立命館大学, 理工学部, 教授 (20288624)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 磯野 吉正 立命館大学, 理工学部, 助教授 (20257819)
• Project Period (FY): 2001 – 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,900,000); Fiscal Year 2002: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2001: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
• Keywords: 自励振動 / ゲル / ルテニウム / シンクロトロン / ケモメカニカルシステム / 繊毛 / 成型加工 / マイクロ / 非線形 / アクチュエータ / 自励新振動 / 高分子 / 3次元微細加工

Research Abstract

外部からの制御信号がなくても,心臓のように一定リズムで自発的に動作する高分子ゲル製アクチュエータを実現し,生体との親和性の高いケモメカニカルシステムを構築することが本研究の最終目標である.第1ステップとして,繊毛運動をするケモメカニカルアクチュエータの実現可能性を検討している.材料にはルテニウム錯体[Ru(bpy)_3]を共重合させたN-イソプロピルアクリルアミド(N-IPAAm)自励振動ゲルを用いた.自励振動ゲル内ではBZ反応が発生し,一定条件下において自発的なリズムで膨潤収縮を繰り返す特性を示す.
シンクロトロンから放射されるX線を利用したゲルのマイクロ成型加工技術を用いて自励振動ゲルの表面に繊毛状突起のマイクロ構造を形成した人工繊毛を実現した.人工繊毛は底部直径100μm,高さ300μmの円錐台形状構造が250μmピッチでアレイ状に配置された構造である.ゲル中の反応波の伝播に伴う繊毛状突起先端部の挙動を,動画解析処理を用いて測定すると共に,有限要素法(FEM)を用いたシミュレーション結果により解析した.BZ反応によるゲルの膨潤・収縮のFEM解析は,繊毛状突起モデルに初期条件として熱膨張係数と温度場およびヤング率の測定結果を与えて行った.測定により突起先端の楕円軌跡動作が明らかになり,FEM解析により突起先端の楕円軌跡動作にはゲル基部の膨潤・収縮が大きく関与していることが明らかとなった.

Research Products

• [Publications] Hui You: "Deep X-ray Exposure System with Multistage for 3-D Micro fabrication"Journal of Micromechatronics. JMM01-JS001. (2003)
• [Publications] Osamu Tabata: "Moving mask deep X-ray lithography system with multi stage for 3-D Microfabrication"Microsystem Technologies. 8. 93-98 (2002)
• [Publications] Naoki Matsuzuka: "Algorithm for Analyzing Optimal Mask Movement Pattern in Moving Mask Deep X-ray lithography"Micromechatronics and Human Science. 159-164 (2002)
• [Publications] Osamu Tabata: "3-D Micro Fabrication Technology using Deep X-Ray Lithography"Proc. of the Korea Micro Electro Mechanical Systems Workshop. 297-302 (2002)
• [Publications] Naoki Matsuzuka: "3D Fabrication by Moving Mask Deep X-ray Lithography (M^2DXL) with Multiple Stages"Proc. of the Fifteenth IEEE International Conference on Micro Eloctro Mechanical Systems. 180-183 (2002)
• [Publications] Osamu Tabata: "Chemo-Mechanical Actuator using Self-Oscillating Gel for Artificial Cilia"The 16th Annual Int. Conf. on Micro Electro Mechanical Systems. 12-15 (2003)
• [Publications] Osamu Tabata: "Ciliary Motion Actuator using Self-Oscillating Gel"Sensors and Actuators. 95. 234-238 (2001)
• [Publications] Osamu Tabata: "3D Fabrication By Moving Mask Deep X-ray Lithography (M^2DXL) with Multiple Stages"The 15th Annual Int. Conf. On Micro Electro Mechanical Systems. 180-183 (2002)
• [Publications] Hui You: "Moving Mask Deep X-ray Lithography System with Multi Stage for 3-D Microfabrication"High Aspect Ratio Micro Structures Technology. 13-14 (2001)
• [Publications] Hui You: "Moving Mask Deep X-ray Lithography System with Multi Stage for 3-D Microfabrication"18th Sensor Symposium. 73-76 (2001)