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微小循環中の物質輸送センシングに基づく光バイオプシー技術の創出

Research Project

Project/Area Number 18J20513
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Thermal engineering
Research InstitutionKeio University
Research Fellow 橋本 将明  慶應義塾大学, 理工学部, 特別研究員(PD)
Project Period (FY) 2018-04-25 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
KeywordsMEMS / 熱駆動アクチュエータ / 切り紙 / 熱バイモルフ / 光バイオプシー / 熱駆動MEMSアクチュエータ / 光MEMS / 自立ナノ薄膜 / ナノ・マイクロスケール熱工学 / 光ドップラー計測
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、熱駆動式光MEMSトラッキングを提案し、モーションロバストな測定によって微小循環動態の定量的センシングを可能にする内視鏡光バイオプシー技術の開発を目的としている。本年度は、提案光バイオプシー技術のコア要素であるミリ長ストロークと低電力を両立する切り紙型熱駆動MEMSアクチュエータの開発に成功した。設計においては、熱膨張率が異なるナノ薄膜を通電加熱した際のバイメタル効果を駆動原理として選択し、切り紙という独創的なアクチュエーション構造形態にナノ・マイクロスケール熱工学に立脚する設計思想を導入した。作製においては、自立ナノ薄膜の残留応力を制御した微細加工レシピを用いて円ピラミッド切り紙型熱駆動MEMSアクチュエータを自作し、マイクロレンズをアクチュエータに集積することでレンズスキャナとしての機能を実装した。駆動評価において、MEMSアクチュエータはミリ長ストローク1.1 mmを低電力128 mWで達成し、マイクロレンズスキャナの機能を有することが示された。さらにMEMSアクチュエータの集中定数モデルを構築し、静的・動的応答を解析することで熱機械特性を評価した。本アクチュエータの機械応答特性は熱的応答特性に依存し、本アクチュエータのデザインでは空気への熱輸送が支配的であることが明らかになった。これらの結果より、熱駆動式光MEMSトラッキングのコア要素であるミリ長ストローク・低電力熱駆動切り紙MEMSアクチュエータの開発に成功したのみならず、切り紙型熱駆動MEMSアクチュエータの熱輸送形態も明らかにした。その結果、さらなる超長ストローク・超低電力MEMSアクチュエータ開発にむけた新たな知見も得られた。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(13 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] Circular pyramidal kirigami microscanner with millimeter-range low-power lens drive2020

    • Author(s)
      M. Hashimoto, Y. Taguchi
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 28 Pages: 17457-17467

    • DOI

      10.1364/oe.394908

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Development of a Millimeter-Stroke Electrothermal Kirigami MEMS Actuator with Low Driving Power-Static and Dynamic Thermomechanical Characteristic of Film Bimorph-2020

    • Author(s)
      橋本将明, 田口良広
    • Journal Title

      Japan Journal of Thermophysical Properties

      Volume: 34 Issue: 4 Pages: 109-116

    • DOI

      10.2963/jjtp.34.109

    • NAID

      130007995181

    • ISSN
      0913-946X, 1881-414X
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Design and Fabrication of a Kirigami-Inspired Electrothermal MEMS Scanner with Large Displacement2020

    • Author(s)
      M. Hashimoto, Y. Taguchi
    • Journal Title

      Micromachines

      Volume: 11

    • DOI

      10.3390/mi11040362

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Development of a Robust Autofluorescence Lifetime Sensing Method for Use in an Endoscopic Application2020

    • Author(s)
      S. Ito, M. Hashimoto, Y. Taguchi
    • Journal Title

      Sensors

      Volume: 20

    • DOI

      10.3390/s20071847

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 内視鏡下血流センシングのための長ストローク熱駆動マイクロレンズMEMSスキャナーの開発2020

    • Author(s)
      橋本将明, 田口良広
    • Organizer
      第57回日本伝熱シンポジウム特別オンラインセッション
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 内視鏡下における血流量センシング手法の開発―マイクロレンズを用いた高血流量分解能測定の予備的検証―2020

    • Author(s)
      佐藤鳳也,橋本将明, 田口良広
    • Organizer
      第41回日本熱物性シンポジウム
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Large stroke electrothermal MEMS scanner for endoscopic motion tracking2020

    • Author(s)
      M. Hashimoto, Y. Taguchi
    • Organizer
      The 2nd International Symposium on Applied Abstraction and Integrated Design
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 内視鏡光バイオプシーのための熱駆動MEMSアクチュエータの開発2019

    • Author(s)
      橋本将明, 田口良広
    • Organizer
      第56 回日本伝熱シンポジウム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Kirigami-inspired Electrothermal Actuator for Motion Tracking Blood Flow Measurement2019

    • Author(s)
      M. Hashimoto, Y. Taguchi
    • Organizer
      2019 International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Design and Characteristic of Large Stroke Electrothermal MEMS Actuator2019

    • Author(s)
      M. Hashimoto, Y. Taguchi
    • Organizer
      The Second Pacific Rim Thermal Engineering Conference
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 焦点モーショントラッキングを用いたアーチファクトロバストな血液灌流測定システムの開発2018

    • Author(s)
      橋本将明, 田口良広
    • Organizer
      第57 回日本生体医工学会大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 自家蛍光を用いた高ロバストな蛍光寿命イメージング技術の開発2018

    • Author(s)
      伊藤駿太郎, 橋本将明, 田口良広
    • Organizer
      第57 回日本生体医工学会大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Motion-Robust Blood Perfusion Sensing By LDF with Focus Control2018

    • Author(s)
      Masaaki Hashimoto, Yoshihiro Taguchi
    • Organizer
      The 16th International Heat Transfer Conference
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2018-05-01   Modified: 2021-12-27  

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