2018 Fiscal Year Annual Research Report
Reliability evaluation and characteristic prediction in microfluidic devices applying stochastic process of random fluctuation problem
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17K18841
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
巽 和也 京都大学, 工学研究科, 准教授 (90372854)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
江利口 浩二 京都大学, 工学研究科, 教授 (70419448)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2019-03-31
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| Keywords | マイクロ流体工学 / 確率論 / 信頼性評価 / 精度予測 / 粒子運動制御 / 高速分取 / 誘電泳動力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではマイクロ流体工学における技術設計における性能予測および技術の信頼性評価の新たな指針を示すことを目的として，決定論と確率過程を用いた新たな評価技術の開発およびマイクロ流体デバイスを用いた評価を行った．評価対象とするマイクロ流体デバイスは細胞と粒子を高速（1,000個/s以上）に分取（Sorting）するものであり，細胞と粒子の位置決めと同期の精度が技術の性能を定める重要な要素である．装置としてレール型，梯子型，フリップ型電極を付設した流路により誘電泳動力を用いて細胞・粒子の整列，タイミング制御，分取を高速・高精度に行える申請者が新たなに開発した技術を用いた．この流路と電極領域を流れる粒子の位置とタイミング，速度を高速度カメラにより撮影した動画を画像解析により求め，その精度を確率密度分布により評価した．次に，より高い性能を示す機器を設計するために，これらの指標の値とそのばらつきが流路下流に向かって発展する様子を，本課題で提案する手法により見積もった．さらに数値解析により誘電泳動力と粒子運動を計算し，電極形状による影響を求めた．この計算に本手法による“ゆらぎ”の効果を合わせることで電極領域出口における粒子位置とタイミング制御の精度とばらつきを予測した．これらの計算と実験の結果を比較してモデルの妥当性を検証すると共に，各指標の精度を向上させる適切な電極形状，流路寸法，流量を導出した．これらの知見をもとに新たにBoxcar型電極を設計し，それを導入したマイクロ流体デバイスを製作して性能の検証実験を行った．その結果，粒子の位置とタイミング制御が 5%という高精度で行えることを確認した．これは梯子型電極と比較して50～100%の性能向上を達成したことになる．この成果はAnalytical Chemistryにて論文掲載され，さらに2つの国際会議と２つの国内会議にて発表を行った．
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