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2008 Fiscal Year Annual Research Report

三次元マイクロツールの非接触駆動と液中微小物体操作への応用

Research Project

Project/Area Number 19016004
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

新井 史人  Tohoku University, 大学院・工学研究科, 教授 (90221051)

Keywordsマイクロマシン / マイクロ・ナノデバイス / 精密部品加工 / システムオンチップ / アクチュエータ / 磁気アクチュエータ / 光ピンセット / フォトリソグラフィ
Research Abstract

卵細胞や細胞などの生体微粒子の操作は, 畜産業やバイオ産業など様々な分野で必要不可欠である. 接触操作ではツールの位置決め作業が煩雑で, 外乱や不純物の混入が問題となっており, 高速で高効率なシステムは実現が困難である. 一方, 閉じた空間で微小物体を操作する非接触マニピュレーションは, 溶液の蒸発やピペットの運動による外乱を防ぎ, 高速で高効率なシステムを実現するうえで基盤技術となる.
本研究では, (1)磁場もしくは(2)レーザを用いて, 3次元マイクロ構造体を液体中の閉空間で非接触駆動する研究を行った.それぞれのアプローチは特徴を有しており, 更なる機能の向上をはかるとともに, 各利点を活かしたアクチュエータの設計論を確立した.
(1) 磁場駆動においては, 3次元形状の磁性マイクロツールを製作した. 三次元微細加工技術とモールディング加工によってPDMSの柔軟性と磁性を兼ね備えた, 様々なタイプのマイクロツールを製作した. このツールの力学的な特性を引っ張り試験によって明らかにした. さらに, このツール内に磁性金属を内蔵するハイブリッドタイプのツールを製作し, 駆動実験を行い, 操作点の剛性が向上できることを示した. これらのツールをマイクロチップ内部で非接触駆動することに成功した. 特にマイクロ流路内に微小電極をめっきにより形成し, 局所的な磁場集中を実現することで駆動特性を大幅に向上することに成功した. また, ツールの駆動方法を分類して, 1自由度, 2自由度のツールの駆動方法を体系化した.
(2) レーザ駆動においては, 光トラップが可能な透明マイクロツールをフォトファブリケーションによって製作した. また, レーザ操作とレーザの位相制御を特色とする統合型の光ピンセットにより, これを軌道制御し, マイクロツールを複数用いた操作方法を実現した.

  • Research Products

    (17 results)

All 2009 2008

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (14 results)

  • [Journal Article] Biocompatible Polymeric Magnetically Driven Microtool for Particle Sorting2008

    • Author(s)
      Yoko Yamanishi, Shinya Sakuma, Kazuhisa Onda and Fumihito Arai
    • Journal Title

      Journal of Micro and Nano Mechatronics 4(1)

      Pages: 49-57

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] High-accuracy Polymer-based Magnetically Driven Microtool Production and Application2008

    • Author(s)
      Yoko Yamanishi, Shinya Sakuma and Fumihito Arai
    • Journal Title

      Journal of Robotics and Mechatronics 20(2)

      Pages: 273-279

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ポーラス構造PDMS担体を用いた蛍光試薬供給によるカーボンナノチューブの液中観察2008

    • Author(s)
      猪股直生, 山西陽子, 大川原竜人, 林育蕾, 新井史人
    • Journal Title

      日本機械学会論文集(C編) 74(743)

      Pages: 199-206

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Powerful Actuation of Magnetized Microtool by Focused Magnetic Field on a Disposable Microfluidic Chip2009

    • Author(s)
      Yoko Yamanishi
    • Organizer
      22nd IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical System(MEMS)
    • Place of Presentation
      イタリア(ソレント)
    • Year and Date
      2009-01-26
  • [Presentation] Size-Dependent Particle Filtration Using Magnetically Driven Microtool and Centrifugal Force in Microchip2009

    • Author(s)
      Hisataka Maruyama
    • Organizer
      22nd IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical System(MEMS)
    • Place of Presentation
      イタリア(ソレント)
    • Year and Date
      2009-01-26
  • [Presentation] 磁場集中による磁気マイクロツールの非接触操作2008

    • Author(s)
      新井史人
    • Organizer
      第9回(社)計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会SI2008
    • Place of Presentation
      岐阜
    • Year and Date
      2008-12-06
  • [Presentation] Polymer-Based Magnetically Driven Microtool for On-chip Particle Sorting2008

    • Author(s)
      Shinya Sakuma
    • Organizer
      2008 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science(MHS2008)
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2008-11-08
  • [Presentation] Production of Functional Microtool Using Size-Classified Gel-Microbeads2008

    • Author(s)
      Benoit Chapurlat
    • Organizer
      2008 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science(MHS2008)
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2008-11-08
  • [Presentation] On-chip Magnetic 3D Soft Microactuators Made by Gray-scale Lithography2008

    • Author(s)
      Yoko Yamanishi
    • Organizer
      IEEE International Conference on Intelligent Robotics and Svstems(IROS)
    • Place of Presentation
      フランス(ニース)
    • Year and Date
      2008-09-25
  • [Presentation] Magnetically Modified Polymeric Microsorter for On-chip Particle Manipulations2008

    • Author(s)
      Yoko Yamanishi
    • Organizer
      IEEE International Conference on Intelligent Robotics and Svstems(IROS)
    • Place of Presentation
      フランス(ニース)
    • Year and Date
      2008-09-23
  • [Presentation] 強磁化と磁場集中による磁気駆動マイクロッールの集積化2008

    • Author(s)
      佐久間臣耶
    • Organizer
      第26回日本ロボット学会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2008-09-10
  • [Presentation] 高精度三次元磁気駆動マイクロツール製造法と回転機構によるオンチップ微粒子操作2008

    • Author(s)
      山西陽子
    • Organizer
      第26回日本ロボット学会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2008-09-09
  • [Presentation] Fabrication of 3D Magnetically Driven Soft Microactuator2008

    • Author(s)
      Yoko Yamanishi
    • Organizer
      Actuator 2008
    • Place of Presentation
      ドイツ(ブレーメン)
    • Year and Date
      2008-06-09
  • [Presentation] オンチップ細胞操作システムに関する研究-その5 : 3次元マイクロァクチュエータによる微粒子ローディングー2008

    • Author(s)
      山西陽子
    • Organizer
      ROBOMECH 2008 in NAGANO
    • Place of Presentation
      長野
    • Year and Date
      2008-06-07
  • [Presentation] オンチップ細胞操作システムに関する研究-その6 : 磁気マイクロツールによるマイクロドロップレットの生成-2008

    • Author(s)
      木原勇輝
    • Organizer
      ROBOMECH 2008 in NAGANO
    • Place of Presentation
      長野
    • Year and Date
      2008-06-07
  • [Presentation] オンチップ細胞操作システムに関する研究-その7 : 永久磁石による磁気マイクロツールの製作と微粒子操作-2008

    • Author(s)
      佐久間臣耶
    • Organizer
      ROBOMECH 2008 in NAGANO
    • Place of Presentation
      長野
    • Year and Date
      2008-06-07
  • [Presentation] On-chip Cell Manipulation by Magnetically Modified Soft Microactuators2008

    • Author(s)
      Yoko Yamanishi
    • Organizer
      IEEE International Conference on Robotics and Automation(ICRA)
    • Place of Presentation
      アメリカ(Pasadena)
    • Year and Date
      2008-05-21

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Published: 2010-06-11   Modified: 2016-04-21  

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