2013 Fiscal Year Annual Research Report
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25246031
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小野 崇人 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90282095)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
戸田 雅也 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40509890)
川合 祐輔 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20451536)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | マイクロシステム / 熱量センサ / 振動子 / 細胞 |
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| Research Abstract |
溶液中の試料から熱を振動型センサに伝導させ、振動型熱量センサで高感度に熱量を測定するシステムを設計、製作した。熱の流入により振動子の温度が変わり、それにより共振周波数が変化することを確認した。本センサは、マイクロ流路内の試料の熱をマイクロ真空チャンバー内に形成した振動型センサにつたえる構造をもつ。振動型センサの熱容量が小さいほど高感度化が図れることが期待されるが、小型センサを試作して高感度化ができることを実証した。振動子のサイズも小さく振動振幅を測定するのが、困難であるが、LC発振回路を利用した容量型センサを試作し、振動計測に成功した。
本センサは、熱により熱振動が検出できる最小の熱量を制限している。この熱機械ノイズはセンサを冷却することで低減できる。電気的な冷却現象を利用して、センサを冷却して高感度化するためのデバイスを試作した。
また、PN接合による温度センサを小型化した熱量センサの設計、製作を行った。PN接合をを形成したSiのブリッジ構造をセンサとし、Siの熱ガイドによりサンプルからの熱をセンサに伝える構造をもつ。また、センサは真空断熱され、熱損失が少なくなる構造とした。その基本特性を評価し、良好な結果を得た。また、このセンサの作製技術を確立した。
センサの高感度化と同時に、温度ドリフトを低減するために、３重の断熱層からなる高精度恒温チャンバーを作製し、その有効性を確認した。
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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
振動型のセンサについては、作製評価を完了した。新たにPN接合型のセンサを作製するとともに、より高感度化が期待できるVOｘ薄膜の開発を進めるなど、予定よりも進展した研究項目があった。一方、細胞測定は実施したが、測定結果が出るには至らなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
作製した熱量センサを評価し、熱分解能とセンサのサイズなどの関係などを調べて高感度化のための設計指針を明らかにする。また、VOは室温近傍で大きな抵抗変化を示す材料であり、これを利用した熱量センサを試作、評価する。前年度の調査でPN接合型の熱量センサにおいても、かなりの高感度化が期待できることがわかったので、振動型とPN接合型、および抵抗型の感度を測定、比較し、測定原理による感度の違いを理論的に明らかにする。試作したセンサに実際に細胞を流して、その熱量計測を試みる。一方、振動型熱量センサの低ノイズ化のために、ピエゾ抵抗を利用した熱エンジンを試作し、その効果を検証する。
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