エバネッセント波多変量計測法を用いたゼータ電位制御による電気浸透流過渡現象の解明

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08J03770
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 嘉副 裕 Keio University, 理工学部, 特別研究員(PD)
• Keywords: マイクロ流路 / 計測 / エバネッセント波 / 蛍光 / ゼータ電位 / 速度 / 電気浸透流 / 誘電泳動

Research Abstract

マイクロ流路の壁面帯電(ゼータ電位)によって電界中で発生する電気浸透流の流動構造を解明することを目的とした研究を遂行し,以下の成果を得た.壁面ゼータ電位を把握するために,申請者らによって提案されたナノ・レーザ誘起蛍光法(Kazoe and Sato 2007)を基に,二色の蛍光色素およびエバネッセント波を用いたゼータ電位の定量法を開発した.本手法によって,壁面に施された自己組織単分子膜(SAMs)のパターンを可視化し,ゼータ電位分布として定量的に評価することが可能となった.本手法によう成果は国内学会にて発表され,Applied Physics Lettersに掲載された.また,非一様ゼータ電位によって発生する電気浸透流の過渡状態の速度分布計測を行った.エバネッセント波および体積照射を用いた壁面近傍およびバルク速度計測システムを開発し,位相平均粒子追跡法によって高時空間分解能を有する速度計測が可能となった.上記のSAMsを用いた表面修飾によってゼータ電位分布を発生させた実験流路を用いて電気浸透流の速度計測を行い,電界印加後から運動量拡散によって定常状態に達するまでの時系列速度分布を得た.以上の研究成果は国内学会において発表され,Measurement Science and Technologyに掲載決定となった.その一方で,本年度は米国ジョージア工科大学に海外渡航を行い,電気浸透流中における物質挙動の解明を目的とした研究を行った.エバネッセント波を用いた壁面近傍速度計測より,電界を印加すると粒子が壁面から離れる方向の力を受ける様子が観察された.粒子に働く力は粒子径の二乗,電界の二乗に比例し,非一様電界中における誘電泳動によって説明されることが判った.研究成果は国際会議にて発表された.これらの研究成果は,微小空間における精緻な流動制御および試料の吸着制御といった基盤技術の確立に貢献し,電気浸透流を用いた次世代マイクロ流体デバイスを実用化する上で必要不可欠なものである.

Research Products

• [Journal Article] Three-dimensional spheroid forming lab-on-a-chip using micro-rotating flow (2010)
  • Author(s): Ota, H., Yamamoto, R., Deguchi, K., Tanaka Y., Kazoe, Y., Sato, Y., Miki, N.
  • Journal Title: Sensors and Actuators B (掲載決定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evanescent-wave/volume illuminated velocity measurements of transient electrokinetically-driven flow with nonuniform wall electrostatic potential (2010)
  • Author(s): Kazoe, Y., Nakamura, T., Sato, Y.
  • Journal Title: Measurement Science and Technology 21(掲載決定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A technique for monitoring multiple signals with a combination of prism-based total internal reflection fluorescence microscopy and epifluorescence microscopy (2009)
  • Author(s): Adachi, E., Kazoe, Y., Sato, Y., Suzuki, Y., Urano, T., Ueyama, T., Saito, N., Nikolaev, V.O., Lohse, M.J., Tominaga, M., Mogami, H.
  • Journal Title: Pflugers Archiv European Journal of Physiology 459 Pages: 227-234
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fluorescence imaging technique of surface electrostatic potential using evanescent wave illumination (2009)
  • Author(s): Kazoe, Y., Miyakawa, S., Miki, N., Sato, Y.
  • Journal Title: Applied Physics Letters 95 Pages: 234104
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Interfacial dynamics of colloidal particles in electrokinetically driven flows measured by multilayer nano-particle image velocimetry(MnPIV) (2009)
  • Author(s): Kazoe, Y., Yoda, M.
  • Organizer: IMA Workshop : Microfluidics : Electrokinetics and Interfacial Phenomena
  • Place of Presentation: Uniersity of Minnesota(Minneapolis, USA)
  • Year and Date: 2009-12-07
• [Presentation] The effect of tracer properties on interfacial particle-image velocimetry results in microflows (2009)
  • Author(s): Kazoe, Y., Yoda, M.
  • Organizer: 62nd Annual Meeting of APS Division of Fluid Dynamics
  • Place of Presentation: Minneapolis Convention Center(Minneapolis, USA)
  • Year and Date: 2009-11-24
• [Presentation] The effect of tracer properties on interfacial particle-image velocimetry results in microscale flows (2009)
  • Author(s): Kazoe, Y., Yoda, M.
  • Organizer: 2009 AIChE Annual Meeting
  • Place of Presentation: Gaylord Opryland Hotel(Nashville, USA)
  • Year and Date: 2009-11-11
• [Presentation] ナノ・マイクロ熱流動センシングの最前線 (2009)
  • Author(s): 佐藤洋平, 嘉副裕
  • Organizer: 日本機械学会流体工学部門講演会
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学(名古屋市)
  • Year and Date: 2009-11-08
• [Presentation] 高時空間分解能を有する繰り返し計測によるマイクロ化学リアクタ内速度計測 (2009)
  • Author(s): 飯野雅勇, 嘉副裕, 佐藤洋平
  • Organizer: 日本機械学会流体工学部門講演会
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学(名古屋市)
  • Year and Date: 2009-11-08
• [Presentation] Three dimensional spheroids formation platform using micro-rotating flow (2009)
  • Author(s): Ota, H., Deguchi, K., Yamamoto, R., Kazoe, Y., Hishida, Y., Sato, Y., Miki, N.
  • Organizer: 13th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Science
  • Place of Presentation: International Convention Center(Jeju, Korea)
  • Year and Date: 2009-11-03
• [Presentation] 2色ナノLIFによる固液界面電位・表面修飾分布同時センシング (2009)
  • Author(s): 佐藤洋平, 嘉副裕
  • Organizer: 可視化情報全国講演会
  • Place of Presentation: 山形大学(米沢市)
  • Year and Date: 2009-10-24
• [Presentation] 二溶液混合場における壁面ゼータ電位および電気浸透流速度の同時計測 (2009)
  • Author(s): 田中雄太, 宮川修, 嘉副裕, 佐藤洋平
  • Organizer: 第46回日本伝熱シンポジウム
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館(京都市)
  • Year and Date: 2009-06-03
• [Presentation] 流路形状に特徴づけられた交流非一様電界中の流体および浮遊粒子の挙動 (2009)
  • Author(s): 伏見光明, 古市朋子, 嘉副裕, 佐藤洋平
  • Organizer: 第46回日本伝熱シンポジウム
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館(京都市)
  • Year and Date: 2009-06-02