2011 Fiscal Year Research-status Report
マイクロ流体デバイスによる連続的密度勾配遠心分離の研究
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23760150
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
浮田 芳昭 北陸先端科学技術大学院大学, マテリアルサイエンス研究科, 助教 (40578100)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2013-03-31
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| Keywords | ディスク型MicroTAS / ２次流れ / 細胞分離 |
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| Research Abstract |
当該年度では以下の事項に取り組んだ。１．ディスク上の現象を観察する為のシステムの構築。２．ディスク上の流れ挙動の理解。４．流れのシミュレーション法の構築３．気泡混入防止方法の確立。１．の項目については、予想以上に高度なシステムを構築できたと言える。ストロボスコープと顕微鏡を組み合わせる事で数100μmの流路内の挙動が可視化できることがわかった。本システムには同軸落射光学系の採用を初めて試みたが、これが功を奏し、高倍率な観察を安価なシステムで実現できる事がわかった。さらに、同軸落射光学系を採用した事で、ディスク上の蛍光粒子の挙動を観察する事も可能になっており、新たなフローサイトメーターの開発等につながる成果と言える。2．の項目については、粒子分離実験の事前実験で、ディスク上で多層流を形成する実験を試みた結果うまく行かないことがわかった。これは、流路内に形成した流れがねじれ現象（2次流れ）を生じるという物で、研究の進捗を大きく阻むものである。23年度で詳細に調べた結果、本現象はコリオリの力による物である事が判明した。これを抑制する方法論も確立できており、この成果に関しては論文化する予定である。３．の項目については、コリオリの力を体積力として流れ場を解くシミュレーション手法を確立して、実験結果との一致が得られている。これにより、流れの予測が容易となり、2次流れの予測が可能となった。これを利用して新たな原理による分離プロセスの検討等がかのうである。４．流れ内への気泡の混入を防ぐ為に、パッシブバルブ構造を形成することを検討したが、液体の注入方法を工夫すればより確実に気泡の混入は防止できる事がわかった。実験データーの信頼性が向上できたとともに、実験操作も確実で簡便になった。これを自動的に実行する方法を確立できれば、より簡単な装置の開発に役立つ。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
予期せぬ2次流れ挙動のため、時間を費やした。研究の進捗を阻む現象であった為、なんとしても解決する必要があり、時間を費やした。このため粒子分離実験に関しては３ヶ月ほどの遅れがあると言える。しかしながら、本現象は他のマイクロ流路では起こらないディスク型マイクロ流路内特有の現象であることから、非常に興味深く、あえてこだわって調査を行ったという実状もある。粒子分離に限定せずに、今後さらに応用範囲を広げて、引き続き検討して行きたいと考えている。可視化法の構築に関しては、これまでに実現していないレベルの技術を限られた予算の中で構築する必要があったため、当初はもっと時間がかかるものと考えていた。しかし、本技術の構築においては、本学工作室の技術力が予想を遥かに上回る物であった事や、顕微鏡メーカーの技術者も非常に協力的であったため、当初の予定の４分の１くらいのコストで、予想よりも高性能なシステムを早期に構築できた。今後は研究の加速化が期待できる。以上、粒子分離実験では遅れがあるものの、可視化システムはかなり完成度の高いものが既に構築できている。これらの進捗を相殺するとおおむね順調に進展していると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
可視化システムの完成度は高く、システムの大枠は完成したと言える。２４年度は構成要素の交換などの簡単な変更により、システムをグレードアップして行く。このため、これに裂く時間はそれほどいらないと考える。２３年度に構築した可視化システムをツールとして、粒子挙動の可視化に取り組む。蛍光観察が実現できたため、蛍光粒子を用いて実験を実施できる。蛍光光学系を改良し、より効率的に実験をすすむような工夫を行い研究を加速化する。また、シミュレーションを併用する事で、新規な流路構造の設計も合わせて実施したい。細胞変形性の評価に関しては、放射光を用いずに SU8を用いてもキャピラリーアレイ構造を作製できる事がわかっているため、これを用いて実施する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
ストロボスコープを導入することで当初予定していた高感度CCDを使用せずに、目標としていたシステムの構築を実現できたため物品費を大幅に節約する事ができた。23年度の実績で予想よりも安く可視化システムを構築できたものの、24年度では、倍率と解像度を改良したいほか蛍光観察波長の多様化により、より詳細な挙動を観察可能になると考えられる。このために、いくつか購入したい物品がある。CCDや顕微鏡の光学系を交換したいため、物品・消耗品が必要である。また、成果発表においては、MicroTAS2012に現在2件投稿中であり、旅費・会議登録費として使用したい必要である。
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