イオンダイオードを用いたマイクロ・ナノ流動現象の究明

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本研究課題は，これまで独自に研究開発を行ってきた，液中のイオン濃度測定技術を確実なものにし，さらには，それを用いてマイクロ・ナノスケールの流動現象を究明することを目的とする．従来，トレーサ粒子を用いた流動現象の可視化が行われてきたが，ナノ流路においては粒子の大きさや物性が流動現象に及ぼす影響が無視できないことが危惧されることから，さらに微小なトレーサ粒子が必要とされる．一方で，可視光では位置と速度を正確に測定するための十分な分解能を得ることが困難となる．そこで，液体中で最小の粒子と考えられるイオンを用いて流動現象を解析する方法を提案したい．そのために，ナノ流路構造において非対称な電流電圧特性を示すイオンダイオードを作製してイオンの濃度測定法を確立し，それを用いてイオン電流と流動現象の相関を調べ，理論モデルに基づいてナノ流路内部の流れ場を定量評価するための方法論を構築する．本年度は，シリコン基板にエッチングにより作製したナノ流路とシリコーン樹脂に形成したマイクロ流路を直交するように接着して一体とした試験用流路を作製した．流路を電解質溶液で満たし，マイクロ流路の液体をシリンジポンプにより駆動しながら，シリコン基板上のナノ流路にイオン電流を発生させて液の流動に対するイオン電流応答を計測するシステムを構築した．実験の結果，マイクロ流路を流動する液の流量に応じたイオン電流応答を確認した．液が静止した状態のイオン電流に対して，マイクロ流に流動がある場合にイオン電流に対する単調な抵抗の増加が見られることから，イオン電流による流動の定量評価が期待される．