2020 Fiscal Year Annual Research Report
Experimental Measurement of Thermal Flow Field in Near-wall Region for Development of Microparticle Manipulation Technique Using Evanescent Wave
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18K13701
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
栗山 怜子 京都大学, 工学研究科, 助教 (70781780)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | エバネッセント光 / 放射圧 / 固液界面 / 微粒子操作 / 熱泳動 / 温度計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
【目的】本研究はエバネッセント場を利用した界面近傍領域における微粒子操作技術の確立に向けて，粒子の運動特性と粒子周囲の熱流動場を計測・解析することで，粒子と光(電磁場)と熱流動が相互作用する系の体系的な理解を目的とする．全反射照明と偏光測定装置を組み合わせた蛍光観察システムの構築を行い，光学的パラメータと粒子に作用する放射圧の関係を実験的に評価するとともに，周囲の熱流動が粒子操作に与える影響を考察する．
【最終年度の成果】前年度に引き続き，エバネッセント場が粒子運動に与える影響について実験データの収集・解析を行うとともに，界面近傍における温度場計測技術の向上に取り組んだ．光学的条件（入射光の強度，全反射角，粒径，屈折率）を変化させた際のマイクロ粒子の駆動速度を計測し，粒子に作用する放射圧との定量的な関係を明らかにした．また，粒子と固体表面の疎水性相互作用や静電的相互作用が運動に与える影響についても評価した．更に前年度までのLIF法に基づく壁面近傍温度計測において蛍光偏光測定の手法を取り入れることで±1℃程度の精度を実現するとともに計測の時間的安定性を改善させた．前年度に得た粒子の熱泳動移動度と光吸収による温度上昇の程度から，熱泳動が界面の微粒子操作に与える影響を見積もることができた．
【本課題の成果と今後の展開】エバネッセント場中の粒子に働く放射圧に対して各種光学条件が与える影響を実験的に評価・整理するとともに，熱的・電気化学的要因が粒子運動に与える影響について明らかにした．今後は得られた知見に基づいて光と熱を利用した粒子の補足・輸送・集積デバイスの開発に取り組み，入射光の時空間的制御や表面プラズモン共鳴による電場増強を利用した具体的応用の提案を行う．また本課題で開発した界面近傍温度計測法は，沸騰現象を含む様々な固液界面の熱流動現象への適用も期待されるため，更なる高度化を図る．
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Research Products
(5 results)
