海洋CO2センサの小型化を実現するマイクロ流路の作製とCO2平衡化特性

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H02363
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 柳田 保子 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (10282849)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中野 善之 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 研究プラットフォーム運用開発部門, 副主任研究員 (20566103) ; 三輪 哲也 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 研究プラットフォーム運用開発部門, 調査役 (90272400)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 二酸化炭素 / PDMSマイクロ流路 / 二酸化炭素平衡器 / 海洋現場観測

Outline of Annual Research Achievements

PDMSのガス透過性を利用して、マイクロ流路デバイス内外の二酸化炭素分圧平衡化を効率よく実現するデバイスの設計条件の詳細検討を行った。①マイクロ流路の内外を仕切るPDMS膜の厚みについて、市販の100マイクロメートル膜厚シリコーン膜で代用可能かについて検討を行ったところ、二酸化炭素透過性を確認することができたことから、さらに膜厚50マイクロメートルと100マイクロメートルのものについて比較することとした。2mのPDMSマイクロ流路を作製して膜厚50マイクロメートルと100マイクロメートルのシリコーン薄膜にプラズマ処理を施して貼り合わせ、二酸化炭素透過性の違いについてpH指示薬を送液して吸光度測定を行うことにより検討したところ、同等の吸光度変化を示すことが分かった。これより海洋観測で用いる際に、より強靭であると思われる膜厚100マイクロメートルのシリコーン膜を採用することとした。②ガス交換効率を高める流路形状や流路長さについての検討として、昨年度に引き続き再度矩形流路と円型流路について検討を行ったところ、どちらもほぼ同等に安定した二酸化炭素透過性の結果を示した。そのため今後は、流路内に均等に流体の撹拌力が発生すると考えられる円型流路について検討することとした。流路長さについての検討として、1mと2mの円形流路の鋳型を作製し、PDMSマイクロ流路の作製を試みたところ、1m流路に比べて2m流路はpH指示薬を送液している間にシリコーン薄膜の一部がはがれ、流路隙間からpH指示薬が漏れ出てしまうことが多いことが分かった。
また、二酸化炭素平衡器への生物付着抑制のためのデバイス表面処理法として、PDMS流路表面へ銅薄膜を作製することについて試みを開始した。まずPDMS薄膜表面に銅薄膜を作製できることを確認したが、2m流路の面積が広く、膜全体に均一に薄膜作製を行うこと難しいことが分かった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

昨年度に引き続き、新型コロナウィルス感染拡大防止措置による出校制限や共通利用施設利用の大幅制限、本学ならびに共同分担者の機関での用務での出張を自粛する方針が続き、オンライン会議や宅配便による物品輸送手段を用いて、研究担当者間の研究打合せを綿密に行ったが、成果の取りまとめに必要な研究分担者との共同研究の実施が困難となった。そのような状況の中、本学にてマイクロ流路デバイスの設計条件の検討を行うとともに、研究分担者の機関にてPDMSマイクロ流路による二酸化炭素平衡器を搭載する海洋二酸化炭素センサの検討を開始することができた。

Strategy for Future Research Activity

本学ならびに共同研究者の機関における新型コロナウィルス感染拡大防止措置による研究制限が緩和されつつある中、これまで以上にオンライン会議や宅配便による物品輸送手段とともに、可能な限りの対面での研究打合せの機会を設けて、研究担当者間の共同研究打合せを綿密に行う。研究目的を達成するために、計画した研究を可能な限り実施するとともに、海洋現場での二酸化炭素平衡器の実地試験への準備を開始する。

Research Products

• [Remarks] 栁田保子研究室ホームページ
  • URL: http://www.yanagida.first.iir.titech.ac.jp/