2021 Fiscal Year Research-status Report
微量液体分析器等の精度改善を目指す微小流路流れ場解析手法の研究
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20K04527
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
土井原 良次 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (00357550)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
経田 僚昭 富山高等専門学校, その他部局等, 准教授 (50579729)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 微小流量 / 流れ場 / LDV / マイクロチャンネル / 標準 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では微小流路において定量性の明確な基準流動場を発生させる手法を開発し、これを多点同時計測LDVで解析することで微小流路の流れ場測定手法を研究開発する。相互検証することで、微小流路の流動場の解析精度を向上させる。流動場計測技術の向上によって、分析機器、計測機器の精度の向上寄与することを目的とする。
2021年度において、本研究での基盤装置となる基準流量発生装置を構築した。まず10 μL/min (水において10mg/min)の流量から2 mL/minの範囲で精度評価を行い、静止法及び通液法の両方により精度が確認された。その結果、標準不確かさで0.05%程度の精度で流量を特定することが可能であることが確認された。10 μL/minの微小流量においても蒸発の影響を受けていないことを校正結果の直線性から確認することができた。
ただ、この評価に必要だった既存流量標準装置（校正装置）において不具合が発生して更新改造が必要になったこと、さらに、コロナ感染症拡大防止対策のため、実務作業に対して大幅な時間的な制約を受けたため、これらの精度評価に遅れが生じた。このマイクロチャンネルに対して多点同時LDVを適用するための微小流路用光学系の準備にとどまり、実際のLDV測定については次年度に実施することになった。
今後は、マイクロチャンネルの基準流動場の観測評価を開始し、LDV計測の評価を開始する。同時に変動流量発生装置へ発展させるための動力制御システムの開発を行う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
第一段階となるマイクロフロー流動場を発生させるための基準流量発生装置を完成させた。まず10 μL/min (水において10mg/min)の流量から2 mL/minの範囲で精度評価を行った。その結果、標準不確かさで0.05%程度の精度があることが確認された。10 μL/minの微小流量においても蒸発の影響を受けていないことを校正結果の直線性から確認することができた。本研究を通じて考案された通液法による校正手法も校正装置に実装された。その成果を活用して、より高精度な評価を行うことができた。
ただ、この評価に必要だった既存流量標準装置（校正装置）においては、年度途中において不具合が発生した。更新改造が必要になったため評価作業が中断することとなった。さらに、コロナ感染症拡大防止対策のため、実務作業に対して大幅な時間的な遅れと、共同研究者との合同実験の実施には大幅な制約を受けた。そのため、実際のLDV計測は実施することができなかった。一方で装置の更新に際しては、今後の実験の効率化を見据えて、基準流量発生装置を連携して自動制御できる接続ソフトウエアの開発を含めて制御システムの改造を行った。これにより今後の進捗を加速することができる見込みを得ている。
また、次の段階の変動流量発生装置へ発展させるための精密サーボ制御式の基準流量発生装置の準備を行なった。この装置を導入することで、より精密な制御とより微小な流量での評価解析が可能になる。
引き続き、マイクロチャンネルの諸元について検討を続け、流入流出配管経路について整備を進めた。引き続き多点同時LDVを適用するための微小流路用光学系の開発を進めて、微小流路の流動場の解析を実施する準備を進めた。
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| Strategy for Future Research Activity |
装置開発を加速させ、マイクロチャンネルでの実際のLDV計測を早急に実施する。また、基本となる単純なマイクロチャンネルの評価だけでなく、より複雑な流動場を評価することを同時に進めることとする。
第四段階に予定している変動流量発生装置へ発展させるための動力制御システムの精密サーボ制御式の基準流量発生装置の構築を行う。また、この変動流量発生装置については、流量レンジについて、微量分析器、マイクロリアクター、MEMSセンサーなどで重要とされるような、更に小さい流量まで拡張する方向性を持って推進する。
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| Causes of Carryover |
評価に必要だった既存流量標準装置（校正装置）において、年度途中において不具合が発生した。更新改造が必要になったため評価作業が中断することとなった。さらに、コロナ感染症拡大防止対策のため、実務作業に対して大幅な時間的な遅れと、共同研究者との合同実験の実施には大幅な制約を受けた。そのため、実際のLDV計測は実施することができなかった。
実施できなかった実験のためのマイクロチャンネル製作費用等が次年度に持ち越された。
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