Development of a novel mass analysis approach on the basis of mechanical deformation induced by gas flow in a micron channel

开发基于微米通道中气流引起的机械变形的新型质量分析方法

• 批准号: 19KK0141
• 负责人: 柴 弘太
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-10-07 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19KK0141/
• 关键词: 粘性係数; マイクロ流路; 流体力学; 構造力学; 流体―構造相互作用; 気体; 液体; 流体; 質量分析; マイクロフルイディクス; 機械学習

本研究は、申請者独自の分子量測定法（大気環境、リアルタイム、非破壊）を、国際共同研究を推進するProf. Weitzとともに発展させ、モバイル用途まで見据えたイオン化不要の新奇質量分析法の創出を目指すものである。従来の質量分析は、試料をイオン化・断片化し、それらを逐次測定することで、試料の構造に由来する情報（マススペクトル）を得るという非常に優れた定性・定量手法である。しかし、試料のイオン化のためには真空環境が必須となるため、原理的に装置の小型化、とりわけコンシューマー用途まで視野に入れたモバイル化には、ブレークスルーが必要であった。一方、申請者が開発した分子量測定法（流体熱力学質量分析、AMA）は、大気環境下で実施可能であるため、従来法が抱える原理的な制約に縛られない様々な可能性を有している。目下の課題は、分子量の決定だけでは、分子量が同じ試料（例えば構造異性体）に対しては適用できないという点にある。この課題を解決すべく、申請者は分子量とは独立した試料に固有のパラメータを選定し、それを分子量と同時に決定することで、構造異性体などまで含めたあらゆる試料に対応可能なアプローチを着想した。そのようなパラメータとして、試料の「粘度」に着目し、その定量に向けた検討を行った。その結果、Prof. Weitzが主な研究対象としているマイクロ流体関連技術を用いることで、粘度の定量手法の確立に成功した。さらには、色の変化に基づいて目視で気体を識別可能な新手法を創出するに至った。この手法も大気環境下で容易に実施できるものであり、色の変化は気体の分子量と粘度に依存することを見出している。これは全く予想していなかった成果であり、本研究で目指す「モバイル実装レベルの質量分析装置」の実現に大きく貢献するものになると考えている。

は this study, the applicant alone の molecular weight determination method (large 気 environment, リ ア ル タ イ ム, not broken 壊) を, international joint research を propulsion す る initial Weitz と と も に 発 exhibition さ せ, モ バ イ ル USES ま で see according to え た イ オ ン change don't の novel quality analysis の hit を refers す も の で あ る. 従 は の quality analysis, sample を イ オ ン is changed, the fragment し, そ れ ら を successive determination す る こ と で, try の tectonic に origin す る intelligence (マ ス ス ペ ク ト ル) を have る と い う very に optimal れ た qualitative, quantitative methods で あ る. し か し, try の イ オ ン change の た め に は vacuum が must と な る た め, principle of の に device miniaturization, と り わ け コ ン シ ュ ー マ ー USES ま で に view into れ た モ バ イ ル change に は, ブ レ ー ク ス ル ー が necessary で あ っ た. One party, the applicant が 発 し た molecular weight determination method (fluid thermodynamics quality analysis, AMA) は で, big 気 environment may be applied で あ る た め, 従 to law が え る principle な restriction に tied ら れ な い others 々 を な possibility has し て い る. Now は の subject, molecular weight の decided だ け で は, molecular weight が じ sample (example え ば structure straight body) に し seaborne て は applicable で き な い と い う point に あ る. こ の project を す べ く, applicants は molecular weight と は independent し た sample に inherent の パ ラ メ ー タ を し, selected そ れ を molecular weight と に decided at the same time す る こ と で, construct the opposite sex な ど ま で containing め た あ ら ゆ る sample に 応 seaborne may な ア プ ロ ー チ think を し た. そ の よ う な パ ラ メ ー タ と し て, try の "viscosity" に し, そ の quantitative に to け た 検 line for を っ た. そ の results, initial Weitz が main な research like と seaborne し て い る マ イ ク ロ fluid masato even use technology を い る こ と で quantitative technique, viscosity の の establish に successful し た. さ ら に は, color の variations change に base づ い て visual で 気 body を recognition may な new gimmick を hit す る に to っ た. こ の gimmick も big で easy に 気 environment be applied で き る も の で あ り, color の variations change は 気 body の molecular weight と に dependent viscosity す る こ と を shows し て い る. こ れ は く to all want to し て い な か っ た results で あ り, this study で refers す "モ バ イ ル be loaded レ ベ ル の quality analysis device" の be に now big き く contribution す る も の に な る と exam え て い る.

项目成果

Harvard University/University of Connecticut(米国)

哈佛大学/康涅狄格大学（美国）

流体センサ、流路及びその製造方法並びに流体センサ製造方法

流体传感器、流道及其制造方法、以及流体传感器的制造方法

• 发表时间: 2022

気体および液体粘度の単一マイクロ流路測定

单微通道测量气体和液体粘度

• 发表时间: 2022
• 期刊: 油空圧技術
• 作者: Minami Kosuke;Imamura Gaku;Tamura Ryo;Shiba Kota;Yoshikawa Genki;柴弘太
• 通讯作者: 柴弘太

流れ誘起ひずみの構造色による可視化を利用した気体識別デバイス

使用流引起应变的结构颜色可视化的气体识别装置

• 发表时间: 2023
• 作者: 柴弘太;Chao Zhuang;南皓輔;今村岳;田村亮;佐光貞樹;出井拓己;吉川元起;Luyi Sun;David A. Weitz
• 通讯作者: David A. Weitz

嗅覚センサと機械学習によりニオイのデジタル化に挑む

使用嗅觉传感器和机器学习应对气味数字化的挑战

• 发表时间: 2023
• 期刊: Think & Act
• 作者: 田村亮;柴弘太
• 通讯作者: 柴弘太