Development of a three-dimensional dielectrophoretic filter for concentration and separation of micro- and nano-particles in environmental water

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水環境におけるマイクロプラスチックごみが顕在化し、国連SDGsの課題等の1つとして地球規模で社会問題化しつつある。プラスチックごみは5mmから300μm程度のいわゆる「マイクロプラスチック(MP)」、あるいはそれ以下の「スーパーマイクロプラスチッ(SMP)」に分類される。前者はその物理的な捕集と可視化が比較的容易であるが、環境水中の「ナノプラスチック」を含む100nm以下のナノ粒子(NP)の捕集と検出は極めて困難であり、かつ藻類などの粗大な夾雑物の混在により、SMPおよびNPの可視化と環境水中での動態解明を困難にしている。各種ナノ粒子は可視化や機器分析が極めて困難であるため、環境水中等を遍歴するナノ粒子の動態を正確に評価するためのモニタリング技術の開発が焦眉の急である。本研究の目的は、独自の陽子線描画による精密加工・試作技術を援用して作製した誘電体マイクロ構造を用い、水中での微細粒子の三次元泳動を電気的に制御する。これにより、環境水中のマイクロ・ナノ粒子選別・濃縮工程を簡易化・迅速化し、喫緊の海洋環境の課題解決に資することである。本研究では「サイズや有機・無機の多様な組成からなる水環境中のSMPおよびNP等のマイ　クロ・ナノ粒子をいかに選択的に捕集し、検出するか」という課題に対して、電気工学およびマイクロ・ナノ工学の視点から課題を解決する。具体的には、水中マイクロ・ナノ粒子の誘電泳動による選別と濃縮による可視化を目的として、以下の2課題に取り組んだ。第二年度となる2022年度は、(1)階層型ピットアレイによるSMP/NPの選別・誘電泳動の粒径依存性、(2)階層型PMMAピットアレイのデザインの見直し、作製工程の改善、の2課題について取り組んだ。