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化学的原理に基づくマイクロポンプ・バルブの研究を行った。本研究では、表面張力および電極反応に伴って発生するガスにより駆動するポンプ・バルブを作製し、評価を行った。送液のための駆動力を発生させるために、エレクトロウェッティングに着目した。電極とPDMSの突起構造の間に溶液を閉じ込め、電極の電位を変えることにより、その濡れ性を変化させ、複雑な流路ネットワーク中でも、バルブなしで、自由に送液方向を制御できた。また、この原理はバルブを形成するのにも用いることができ、溶液の混合や排出にも利用することができた。これにより、複数溶液を逐次反応槽に導入する機構などを実現した。表面の親水性、疎水性は表面の微細な3次元構造によっても大きく変わる。そこで、PDMSで形成した微小な突起状構造アレイ上に金電極を形成し、エレクトロウェッティングの様子の変化を調べた。その結果、微細構造を変えることにより、濡れ性の変化を増大できることが確認された。この結果は次年度の研究に生かしてゆく。また、まだ研究途中であるが、毛細管現象を利用し、流路構造で流速を固定するマイクロポンプも作製・評価中である。
ガスの生成・消滅を利用するシステムでは、白金黒電極上で水素を発生・消滅させ、ダイヤフラムの変位に変える。インスリン投与システムをこの原理をもとに試作し、ラットを用いて評価を行った。また、ポンプ、バルブを集積化したシステムを作製し、Y字型流路で順次溶液を送液・混合できることを示した。
上記のポンプ・バルブは微小化学分析システムの重要な構成要素として機能しうる。応用例として、アンモニア、尿素、クレアチニン、アミノ酸、タンパク質などの濃度を測定する微小システムも作製・評価を行った。
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