| 研究課題/領域番号 |
20H00223
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分19:流体工学、熱工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京農工大学 |
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研究代表者 |
田川 義之 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70700011)
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| 研究分担者 |
安藤 景太 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (30639018)
山中 晃徳 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50542198)
長津 雄一郎 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60372538)
田中 あかね 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (80418673)
武藤 真和 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30840615)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
44,980千円 (直接経費: 34,600千円、間接経費: 10,380千円)
2023年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
2022年度: 11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円)
2021年度: 10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円)
2020年度: 14,170千円 (直接経費: 10,900千円、間接経費: 3,270千円)
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| キーワード | 粘弾性マイクロジェット / 能動制御 / 無針注射 / 軟質材料印刷 / 高精度製造 / 液滴ダイナミクス / 機械学習 / レオロジー / マイクロジェット / 粘弾性流体 / レオロジー計測 / 高粘度ジェット / 液滴塗布 / 応力場計測 / 液滴衝突 / 伸長粘度 / 高速度計測 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
研究代表者らは従来と異なる流体駆動力として衝撃力に着目し，慣性力が粘性力の1,000倍以上大きい超音速マイクロジェットの生成手法を世界で初めて開発した．さらに研究を重ね，接着性・導電性などの高機能性を有する粘弾性マイクロ液体ジェットの吐出技術開発に成功した．これはインクジェット型３Dプリント・ウェアラブル(バイオ)印刷・金属配線印刷など次世代製造プロセス実現の核となり得る．本研究ではこの粘弾性マイクロジェットの学術的メカニズムの解明および産業応用・医療応用のため，流体工学者（田川・安藤）を中心に材料工学者（山中）・レオロジー化学者（長津）・バイオ（田中）の学際研究グループで研究を進める．
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| 研究成果の概要 |
本研究では、粘弾性マイクロジェットの能動制御技術を開発し、その基盤を確立した。まず、大伸長現象について実験し、粘弾性マイクロジェットが大きく伸長した後に分離せずに出戻る現象を解明した。次に、液糸の分離およびマイクロ液滴形成プロセスを調査し、顕著な伸張効果と液糸が数秒間持続する現象を観察した。また、高速マイクロ液滴が固体壁に衝突した際の挙動を解析し、従来理論に反して液滴が飛散しない現象を発見、新たな物理モデルを構築した。機械学習を用いて液滴衝突現象の特徴量を抽出し、実験結果との整合性を確認した。無針注射や軟質材料の高精度印刷技術の応用可能性が広がり、次世代製造プロセスへの展開が期待される。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究は、粘弾性マイクロジェットの能動制御技術を確立し、次世代製造プロセスに新たな可能性を提供するものである。無針注射技術の向上により、患者の痛みを大幅に軽減し、安全で効果的な薬剤投与が可能になる。この技術は特に小児や高齢者に有益である。また、高精度な軟質材料印刷技術の発展により、ウェアラブルデバイスやバイオプリンティングなどの先端分野での応用が期待される。これにより、医療分野ではセンサーや細胞シートの作製が可能になり、工業分野では高精度な電子回路の製造が実現する。この研究は医療および工業分野の技術革新に寄与し、社会に広範な恩恵をもたらす。
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