2021 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of minute thermo-tag using magneto-thermal phenomena under unsteady electric field
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20K20982
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
山西 陽子 九州大学, 工学研究院, 教授 (50384029)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川原 知洋 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 准教授 (20575162)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | タグ / マイクロナノ工学 / 磁性 / 生体組織 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は長期間安定的にウェット環境下での生体を識別できるシステムの確立を目的として研究を行った。我々は水環境に影響されにくい磁場に着目し、安価で容易に手に入る微小な磁性体の発熱等を用いて生体の個々の情報を長時間識別できる方法を提案し、発熱に向けた基礎研究を行っている。本研究の挑戦的研究としての意義は超常磁性ナノ粒子の高周波磁場による発熱原理の一つであるネール緩和に着目し磁気モーメントの磁化遅れにより発熱する現象を利用したまったく新しいサーモタグを確立することにある。この原理の実用化の社会へのインパクトは大きくRFIDタグの市場を凌駕する微小なタグの誕生が見込まれるものである。
2020年度は生体皮膚モデルに鉄ナノ粒子のパターニングやコイル設計のための磁場解析などを行った．最終年度の2021年度は実際にコイルを製作しサーモグラフィを用いた識別法について、埋め込み型およびプリント型の二種類の方法で評価実験を行った。埋め込み型では鉄板の大きさが小さくなるほど渦電流が制限されるため、3 mm角の鉄板加熱が限界であった。タグ上部に皮膚があると熱拡散してシグナルが弱くなってしまうため、ロックイン方式のための特徴抽出を行った。プリント型では加熱自体が行えるか不確かであったため、液中での発熱を試みた。発熱を左右する因子を磁場強度・粒径・周波数・粒子組成・分散・濃度の因子に分解し、それぞれのパラメータを支配する電源・コイル・加熱サンプルを改良していくことで磁性流体のサンプルにおいて15 °C/minもの温度変化を達成した。基板上で乾燥させたサンプルは発熱が観測されたことより、凝集していても粒子が固定された状態でネール緩和が起きることが示された。サーモグラフィプリント型については粒子固定状態での発熱確認が限界であったため、今後凝集、堆積量、印加磁場周波数などの観点から発熱量を最適化していく。
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