マイクロセル内の流体及び液体-液体,固体-液体界面の解析および制御

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13124209
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 庄子 習一 早稲田大学, 理工学部, 教授 (00171017)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 本間 敬之 早稲田大学, 理工学部, 助教授 (80238823) ; 船津 高志 東京大学, 大学院・薬学系研究科, 教授 (00190124)
• Keywords: マイクロセル / マイクロ化学分析システム / マイクロリアクタ / マイクロフルィディクス / マイクロ流体観察 / マイクロマシーニング / 有限要素法流体解析 / 界面制御

Research Abstract

本研究は微小流路内の流体の物性を十分把握した上で,マイクロマシーニングにより製作されるマイクロ流体制御素子を用いた高精度流体制御機構を創成し,それをもとに高機能の集積化化学/生化学システムを構築することを目的して行ったものである。具体的には微小流路内の流体の物性評価方法開発,徴小流路内の流体シミュレーション技術を用いたマイクロ流体素子・要素の解析とその評価,高精度流体制御を実現するマイクロ流体制御素子の開発により集積化学システムのための高精度流体制御および機能の実現について研究を行った。その成果を以下に示す。マイクロ空間内流体制御のキーデバイスとなるマイクロバルブとして,システムへの集積化を意識してシリコーンゴムの一種であるPDMSで形成したリークフリーで,無効体積の無い実用的な空気圧駆動型のものを実現した。また,高アスペクト比のSi加工技術を応用し,マイクロ空間の流体が層流になるという特性を利用した多層流高効率マイクロミクサとシースフロー型サンプルインジェクタの開発を行った。これらの要素は化学/生化学の分析だけではなく,合成を目的としたシステムの実現に有効である。3次元マイクロ構造をプラスチックにより実現する手法について研究を行い,流路内に形成できるマイクロメッシュフィルタとマイクロチャネルの上下左右の壁面に金属電極を埋め込んだマイクロセルを作製した。細胞や生体分子の分離・回収を目的として,ハイドロゲルのゾル-ゲル相転移を利用したマイクロソーティングシステムを開発した。ソーティング速度は約30msecで,バイオテクノロジーの分野で十分使用に耐える性能を実現している。その他,3次元マイクロ加工技術を応用した細胞培養マイクロセルと抗原抗体反応を利用した高感度電気化学マイクロセンサ等,集積化生化学システムに不可欠な要素の開発も実現できた。