クロススリット型マイクロ乳化プロセス技術の基盤研究

交叉缝微乳化工艺技术基础研究

• 批准号: 20H02512
• 负责人: 西迫 貴志
• 金额: $ 10.32万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02512/
• 关键词: マイクロプロセス

2022年度は以下を実施した．A. 流体解析： 前年度に引き続き，マイクロ流路と貫通スリットが交差する三次元構造およびその近傍の表面濡れ性がどのように液滴生成挙動に影響を及ぼしているのかをより理解するため，ANSYS-Fluentを用いて単一流路および並列流路構造のモデルにおいてさらなる検討を進めた．その結果，液滴生成部の3次元形状の違い，平行スリット型の両端部形状，および分散相，連続相の入力方法が液滴生成に与える影響について，実験データと程よく一致する解析結果が得られた．B. デバイス作製：マスクレス露光装置を用いたソフトリソグラフィにより，PDMS流路の微小化（最小幅~10um）に取り組んだ．一方，ガラス流路の並列本数の増加（>16本）のため，最小径100umの軸付砥石を複数用いる機械加工による合成石英基板への溝加工に取り組んだ．また，多相液滴や機能性粒子の生成用に最小幅100umのスリットを4つ有するステンレス製のスリット部品をワイヤ放電加工を用いて作製した．C. 液滴・粒子生成試験：上記手法により作製したデバイスを用いた各種液滴生成試験を行った．一例として，4スリットを有するスリットデバイスに，16-128本のマイクロ流路が並列化されたPDMSチップを貼り合わせてデバイスを形成した．このデバイスに，第1分散相としてアクリルモノマー，第2分散相としてシリコーンオイル，連続相としてPVA水溶液を導入することにより，先ずアクリルモノマーとシリコーンオイルの二相並行流がアクリルモノマーが流れるマイクロ流路と第2分散相供給スリットの交差部にて形成された．さらに，その二相並行流が連続相供給スリットと交差する箇所にて，サイズの揃った二相液滴が並列流路で連続生成される様子を確認した．またシリコーンオイルに添加する界面活性剤の濃度調整により，サイズの揃った二相ヤヌス液滴あるいは二相コアシェル滴が本デバイスで生成できることを確認した．

The following を achievements in 2022 are た. A. Fluid Analysis: Before the annual に lead き 続 き, マ イ ク ロ flow と penetration ス リ ッ ト が job す る three yuan structure お よ び そ の nearly alongside の surface moist れ sex が ど の よ う に droplets generated 挙 influencing を に and ぼ し て い る の か を よ り understand す る た め, ANSYS-Fluentを uses を て単 to construct a および parallel flow path and <s:1> モデ にお にお にお てさらなる検 てさらなる検 to explore を into めた. そ の as a result, the droplet generation の three dimensional shape の violations い, parallel ス リ ッ ト type の struck the end shape, お よ び dispersed phase, even 続 phase の way into force が droplets generated に and え る influence に つ い て, be 験 デ ー タ と cheng よ く consistent す る analytical results ら が れ た. B. デ バ イ ス cropping: マ ス ク レ ス を exposure device with い た ソ フ ト リ ソ グ ラ フ ィ に よ り, PDMS flow の miniaturization (the most modest ~ 10 um) に group take り ん だ. Tied for book, ガ ラ ス flow の の raised (> 16) requirement by の た め, the trail 100 um の shaft strop stone を plural pay い る machining に よ る synthetic Shi Yingji plate へ の groove machining に group take り ん だ. ま た, multiphase droplet や の functional particles generated in the most modest に 100 um の ス リ ッ ト を つ there す る ス テ ン レ ス system の ス リ ッ ト part を ワ イ ヤ edm を with い て cropping し た. C. Droplet and particle generation Experiment: The above-mentioned method によ によ is used to make たデバ たデバ スを スを スを various droplet generation experiments を rows った. One と し て, 4 ス リ ッ ト を have す る ス リ ッ ト デ バ イ ス に, 16-128 の マ イ ク ロ flow が tied for the さ れ た PDMS チ ッ プ を stick り close わ せ て デ バ イ ス を form し た. こ の デ バ イ ス に, dispersed phase 1 と し て ア ク リ ル モ ノ マ ー, dispersed phase 2 と し て シ リ コ ー ン オ イ ル, even 続 phase と し て PVA water solution を import す る こ と に よ り, First ず ア ク リ ル モ ノ マ ー と シ リ コ ー ン オ イ ル の two-phase flow parallel が ア ク リ ル モ ノ マ ー が flow れ る マ イ ク ロ flow と dispersed phase 2 supply ス リ ッ ト の cross department に て form さ れ た. さ ら に, そ の two-phase flow parallel が even 続 phase supply ス リ ッ ト と job す る a に by て, サ イ ズ の Jian っ た two-phase droplet が parallel flow で even 続 generated さ れ る others child を confirm し た. ま た シ リ コ ー ン オ イ ル に add す る interface active tonic の concentration adjustment に よ り, サ イ ズ の Jian っ た two-phase ヤ ヌ ス droplet あ る い は two-phase コ ア シ ェ ル drops が this デ バ イ ス で generated で き る こ と を confirm し た.

项目成果

クロススリット型液滴生成デバイスの3次元流路構造の検討

十字缝液滴发生装置三维流路结构研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Liu Ke;Xing Feilong;Xiao Yiying;Yan Ning;Shimizu Ken-ichi;Furukawa Shinya;古山侑，菅野佑介，西迫貴志
• 通讯作者: 古山侑，菅野佑介，西迫貴志

Parallel generation of biphasic droplets in microfluidic channels arrayed on slits

在狭缝上排列的微流体通道中并行生成双相液滴

• 发表时间: 2020
• 作者: Siyuan Xu;Takasi Nisisako
• 通讯作者: Takasi Nisisako

Microfluidic step emulsification via parallel nozzles crossing a slit

通过穿过狭缝的平行喷嘴进行微流体分步乳化

• 发表时间: 2023
• 作者: Chunqi Zheng;Guangchong Ji;Shuzo Masui;Yusuke Kanno,and Takasi Nisisako
• 通讯作者: Yusuke Kanno,and Takasi Nisisako

Parallel Synthesis of Cell-Laden Calcium-Alginate Microspheres in Microfluidic Droplet Generators on Slits

狭缝微流控液滴发生器中并行合成载有细胞的海藻酸钙微球

• 发表时间: 2022
• 作者: Yingzhe Liu;Takasi Nisisako
• 通讯作者: Takasi Nisisako

スリット型液滴生成デバイスにおける3次元流体シミュレーション

狭缝式液滴发生装置的3D流体模拟

• 发表时间: 2021
• 作者: Wanying Zhu;Wahyudiono;Hideki Kanda;Motonobu Goto;印藤健輔，西迫貴志
• 通讯作者: 印藤健輔，西迫貴志