2016 Fiscal Year Annual Research Report
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15H03827
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
山口 佳則 大阪大学, 工学研究科, 招へい教授 (20386634)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原 雄介 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 機能化学研究部門, 主任研究員 (90452135)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 分析化学 / ナノ・マイクロデバイス / 自励振動ゲル / 分離分析 / キャピラリー電気泳動 / クロマトグラフィー / ワンプッシュ分析 / ゲルアクチュエータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
内部にポンプの機構を集積化した液体クロマトグラフィーマイクロチップを開発するために、送液機構として自励振動ゲルを集積化したマイクロチャンネルの分析チップを開発しています。このマイクロチップ単体で機能し、送液を含む液体クロマトグラフィー分析が完結できるので、使い捨て、環境負荷の軽減、外部の汚染の軽減、マイクロチップからの外部汚染の軽減、などの多くの分析による社会問題を解決できます。
マイクロチップ内のポンプの機構のために自励振動ゲルを内蔵し、ポンプとして機能させます。このアクチュエータの動作能力は現時点においてマイクロチャンネルに製作された流路内に溶液をただの一度だけ、数秒の間、送液する能力を持っています。したがって、自励振動ゲルを用いたマイクロチップの分析では、一度の限られた数秒の時間の移動相の送液のみで分析を完結し、分析を完了するマイクロチップを考案する必要があります。
ポリカーボネートで成形して作成した流路長が全体390ｍｍ、流露の幅が100μｍ、高さが100μｍの流路では、移動相の溶液を数ｍLにすることによる効果を失うことに加えて、液たまりに封入できる、溶液の全量では一度の限られた数秒の送液システムでのマイクロチャンネル内送液が十分ではないことが明らかになったので、これまでの作製方法を一新し、流路内全体を送液できます。つまり、マイクロチャンネルの全量が数20μL程度で十分な流路とその成形方法について新規に検討しました。全量が20μLで送液が可能となったことで、マイクロチップ内に作製するクロマトグラフィーにおける移動相となる溶媒を貯蔵するマイクロタンクの大きさを数mmの直径にすることができました。ただし、同時に流路内を流れる溶液の量が微量になったことによって、クロマトグラフィーチップとして機能させることについて新しくその原理を考察、実験すすることが必要になりました。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究期間中に作製した旧型のマイクロチップでは、チップ内のマイクロチャンネルの容量が大きく、30mm以上の距離の送液を困難にしていたことに加えて、クロマトグラフィーにおける移動相になる溶媒の量を少なくすることによる大きな利点を効果的に利用することが難しかったため、マイクロチップの作製の方法及び成形鋳型を改良し、マイクロチップ内で移動相の溶媒がマイクロリットルになった際における液体クロマトグラフィー分析の効果を効率的に生かすことのできるマイクロチップを作製しました。新規に作成したマイクロチップでは、マイクロチャンネル内での流路壁を移動相としたときの移動相と固定相の割合が大きくなるので、２つの相における分配が効率的に行われると考えられました。したがって、移動相の溶媒の容量が数マイクロリットルに制限した際の分離分析の機構について、固定相の表面における化学的な相互作用を拡散係数及び分配係数の化学的現象と捕らえ、数マイクロリットルの移動相での分析の原理を追及するための実験を行いました。その際の検証実験には、マイクロチェンネル内部での反応を定量的に解析するために、画像分析による分析を方法を検討しました。
マイクロチャンネル内を流れる移動相の安定した流れを作り出す機構としては前年度から引き続き、マイクロピストン型の動力機構の動作関数を実験で検証し、ワンプッシュの動作でのクロマトグラフィー分析に十分な送液を実現できるように実験を行いました。
マイクロチップ内の送液の動力となる自励振動ゲルについては、引き続き前躯体の設計を行いました。
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| Strategy for Future Research Activity |
新規に作成したマイクロチップでは、マイクロチャンネル内での流路壁を移動相としたときの移動相と固定相の割合が大きくなるので、２つの相における分配が効率的に行われると考えられる。さらに、移動相の溶媒の容量が数マイクロリットルに制限した際の分離分析の機構について、固定相の表面における化学的な相互作用を拡散係数及び分配係数のナノ・マイクロスケールでの化学的現象と捕らえ、数マイクロリットルの移動相での分析の原理を追及するための実験を引き続き行います。その方法は移動相の容量を微少量にした際に起こる拡散を画像イメージングにより定量化し、移動相の溶媒の容量が数マイクロリットルに制限した際の分離分析の機構について、固定相の表面と移動相の２相における化学的な相互作用を拡散係数の科学的現象と、数マイクロリットルの移動相での分析の原理を追及します。
画像による分析については、今回の流路の高さが小さくなったにも関わらず、マイクロチップを成形するための材料の透明性を約60％向上させたため、これからの実験も引き続き、蛍光物質による流路内のイメージング、さらに、明視野画像を利用した定量分析を利用して解析を行います。
さらに、ワンプッシュの動作でのクロマトグラフィー分析に十分な送液及びクロマトグラフィー分析を実現できるように実験を繰り返します。これらの一連の基礎研究は、検証実験には、開発したマイクロチップとマイクロチップ分析装置を利用します。
マイクロチップ内の送液の動力となる自励振動ゲルについては、設計、合成した前躯体を利用して新規の自励振動ゲルを合成する予定です。
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Research Products
(6 results)
