Basic Reseach on External Stimulation Responsive Drug Delivery Systems Using AC Electroosmosis

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26630035
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 吉田 和弘 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (00220632)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 横田 眞一 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (10092579) [Withdrawn] ; 金 俊完 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (40401517) ; 嚴 祥仁 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (20551576)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 先端機能デバイス / マイクロ・ナノデバイス / 交流電気浸透 / ドラッグデリバリ―システム / 医療・福祉 / MEMS / 電鋳 / マイクロポンプ

Outline of Annual Research Achievements

小形，高機能な外部刺激応答形ドラッグデリバリ―システム（DDS）の基盤技術として，交流電気浸透を応用し薬剤を送出するマイクロポンプの実現を目的として研究を行い，以下の研究成果を得た．
（１）ポンプ高出力化のための電極構造のシミュレーションによる検討：本研究課題でこれまで検討してきた四角柱電極とスリット電極から成る2.5次元構造のマイクロポンプ，およびそれを3次元に拡張した平板電極と円筒電極から成るマイクロポンプに対し，電極を追加することで電界分布を集中させ，高出力化および同一出力に対するマイクロ化を図ることを提案し，四角柱－スリット電極対形に対し，追加電極の妥当性をシミュレーションにより検討した．シミュレーションは，電極表面に形成される電気二重層をコンデンサとしてモデル化し，電場解析により得られた電界分布からHelmholtz-Smoluchowskiの式によりすべり速度を求め，これに基づく流路内の流れを流体力学解析により求めた．電極の大きさおよび位置を変えてシミュレーションを行った結果，2.5倍の流量が得られることを明らかにした．
（２）追加電極の効果の実験的検討：（１）で検討した追加電極の効果について実験的に検証した．高さが50μmで，幅50μm，長さ50μmの四角柱電極と幅75μm，長さ50μmの電極2個を間隔25μmで配置したスリット電極から成るマイクロポンプについて，追加電極の大きさおよび位置を変えたデバイスをフォトレジストの型を用いた電鋳プロセスを用いて試作し，粒子画像流速測定法（PIV）により流速分布の測定を行い，その効果の一部を実験的に明らかにした．