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2011 年度 実績報告書

超音波によるマイクロ流路中の微小物体の非接触操作技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 21560254
研究機関独立行政法人産業技術総合研究所

研究代表者

小塚 晃透  独立行政法人産業技術総合研究所, 先進製造プロセス研究部門, 主任研究員 (60357001)

研究分担者 安井 久一  独立行政法人産業技術総合研究所, 先進製造プロセス研究部門, 主任研究員 (30277842)
畑中 信一  電気通信大学, 情報理工学研究科, 助教 (40334578)
キーワード機械力学・制御 / 超音波 / 音響放射圧 / マイクロ流路 / マニピュレーション / マイクロマシン / 粒子
研究概要

平成23年度は、これまでに開発したガラス板を用いたマイクロ流路を改良して、各種条件の最適化を試みた。そして、流路中を媒質と共に流れる粒子を超音波で操作するための実験を試みた。
流路は、横50mm×縦50mm×厚さ5mmのガラス板に、T字形に分岐する溝(流路)を加工し、中央の分岐点には幾何学模様の溜まり場(直径10mmの半円、一辺10mmの三角形等)を付加したものを基本形とした。流路断面は正方形とし、1mm角および2mm角のものを作成した。ガラス板の端面に30mm×5mmの超音波振動子を密着させて超音波を発生させ、ガラス板を介して流路中に超音波を放射するシステムである。超音波振動子の取付位置を変えた実験を行って検討し、T字の上方側のガラス板端辺の中央を基本位置とした。また、流路の上面を薄い透明フィルムで覆って密閉し、T字型流路の3つの端に貫通穴を空けて裏面に流路コネクタを取付けた。コネクタの一つはポンプに接続して注入口とし、残りの2つのコネクタは排出口としてそれぞれチューブを取り付けて粒子操作実験システムを構築した。
10ミクロンのアルミナ粒子の懸濁液をポンプにセットして、流路に懸濁液を投入した。4.5MHz付近でスイープする超音波を放射すると、アルミナ粒子は超音波により凝集し、2つに分岐する流路中で一方の流路に誘導することができた。また、数ミクロンのアルミナ粒子を同様に流路に流して超音波を照射したところ、粒子は懸濁したまま媒質と共に2つの流路に分岐して流れていった。これは超音波による力は粒径に依存するため、大きなアルミナ粒子には力が作用して一方の流路に誘導できたが、小さな粒径のアルミナ粒子は操作できなかったことを示す。すなわち、超音波の音響放射圧を用いることで、大きさの異なる2種類の粒子が混在している場合、大きな粒子を抽出できることを示した。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] 超音波による微粉体のマニピュレーション技術2012

    • 著者名/発表者名
      小塚晃透
    • 雑誌名

      日本音響学会誌

      巻: 68巻 ページ: 300-304

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Manipulation of particles in a microchannel with various germetric spaces using ultrasound2011

    • 著者名/発表者名
      小塚晃透、安井久一、畑中信一、辻内亨、鈴木一行、砥綿篤哉
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 50巻 ページ: 07HE27-1-07HE27-4

    • DOI

      DOI:10.1143/JJAP.50.07HE27

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 三角形の溜まり場を持つマイクロ流路中での超音波による微粒子操作2011

    • 著者名/発表者名
      小塚晃透、安井久一、畑中信一
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告

      巻: 111巻 ページ: 13-16

  • [学会発表] 三角形の溜まり場を持つマイクロ流路中での超音波による微粒子操作2011

    • 著者名/発表者名
      小塚晃透、安井久一、畑中信一
    • 学会等名
      超音波研究会
    • 発表場所
      東京都、電気通信大学
    • 年月日
      2011-04-28
  • [産業財産権] 超音波を用いた乾式クリーニング方法および装置2011

    • 発明者名
      小塚晃透、安井久一、砥綿篤哉
    • 権利者名
      産業技術総合研究所
    • 産業財産権番号
      特許、特願2011-83096
    • 出願年月日
      2011-04-04

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公開日: 2013-06-26  

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