2018 Fiscal Year Annual Research Report
Synthesis of a self-oscillating microgel actuator by laser
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17H03209
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
原 雄介 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究グループ長 (90452135)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中住 友香 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究員 (80738021)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ゲル / レーザー / 自励振動 / マイクロ流路 / 合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、マイクロ流路等の微小な空間において、レーザー光を用いることで鋳型を用いることなくマイクロゲルアクチュエータを合成することを目指している。微小空間において、ゲルアクチュエータを電場や磁場等を用いることなく自励駆動させるため、本研究では化学反応を直接的に力学的なエネルギーに変換して駆動するゲルを用いて検討を行った。任意の大きさ及び構造周期を持つマイクロスケールのゲルを、干渉させたレーザー光で合成するため、モノマー、架橋剤、開始剤、反応促進剤の組成および濃度の検討を行った。また、ゲル合成時に形状や駆動特性に大きな影響を与えるレーザー光強度、照射時間も合わせて検討を行った。レーザー光は、安価な405nmの連続光・半導体レーザーを用いて行った。２本から４本のレーザー光を干渉させることが可能な光学系を構築し、数百μｍの微小なゲル構造体の作製を目指した。構築した光学系では、２本のレーザー光を干渉させると縞状の、３本または４本のレーザー光を干渉させるとドットアレイ状のレーザー光をプレゲル溶液に照射することができる。構築した光学系ではレーザー光を調整するため、偏向方向を制御する波長板と偏向選択性のあるビームスプリッターを採用した。合成したゲルは化学反応を直接的に力学的なエネルギーに変換させるため、BZ反応の金属触媒であるRu(bpy)3を共重合させている。 ゲルの主鎖に共有結合されたRu(bpy)3部位はBZ反応中で、リズミカルな酸化・還元反応を繰り返す。Ru(bpy)3部位は酸化状態と還元状態で水溶性の違いが生じるため、それに起因して自励的な膨潤収縮挙動を起こすことができる。合成したゲルは、恒温水槽を用いて温度を制御しながら駆動評価を行った。また駆動評価においては、ゲルの駆動に大きな影響を与えるBZ基質濃度に関しても検討を行った。
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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
任意の大きさ及び構造周期を持つマイクロスケールゲルをレーザー光で合成するため、モノマー、架橋剤、開始剤、反応促進剤の組成および試薬濃度の検討を行った。また、ゲル合成時に大きな影響を与えるレーザー光強度や、照射時間についても合わせて検討を行った。レーザー光を用いた合成実験においては、405nmの連続光・半導体レーザーを用いた。数百μｍの微細なゲル構造体を作製するため、２本から４本のレーザー光を干渉させることが可能な光学系システムを使用した。本実験システムでは、２本のレーザー光を干渉させると縞状にレーザー光をプレゲル溶液に照射することができる。また、３本または４本のレーザー光を干渉させると、ドットアレイ状のレーザー光をプレゲル溶液に照射することができる。レーザー光の強度は偏向方向を制御する波長板と偏向選択性のあるビームスプリッターを用いて調整した。合成したゲルの駆動評価については、温度が制御された状態でビデオ撮影により行った。駆動評価は、ゲルの自励振動挙動に大きな影響を与える温度条件やBZ基質濃度に関する検討を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
マイクロ流路等の微小な空間で活躍するマイクロゲルアクチュエータを鋳型フリーで作製することを目指して、今後も引き続きレーザー光を用いた合成研究を進める。合成時には、レーザー光の照射時間と照射強度を最適化するとともに、モノマーや架橋剤の種類や濃度などについても最適化検討を行っていく。マイクロ流路内で直接的に合成することが可能な、光学系の改良についても行っていく予定である。合成したゲルについては、レーザー変位計やビデオカメラを用いることで、ゲルの駆動特性について評価を行う。さらに、マイクロゲルアクチュエータをマイクロ流体素子に応用できないか、検討を行っていく。その際、駆動速度や駆動変位、駆動耐久性などを向上させるため、ゲルを構成する主鎖や金属錯体部位についても検討を行っていく予定である。最終的には、より微小なマイクロゲルアクチュエータをレーザー光による合成技術によって再現性良く合成できないか、検討していきたい。
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