Study on Capillary Phenomena of Immiscible Fluids towards Autonomously Driven Droplet Microfluidics

自主驱动液滴微流控不混溶流体的毛细管现象研究

基本信息

批准号：
20J00716
负责人：
矢菅浩規
金额：
$ 3.08万
依托单位：
Ochanomizu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2022年度は、前年度に確認された理論式からのずれを低減するためデバイス製作方法の改良を行うとともに、ずれの原因に関する考察を行った。まず、開毛管デバイスの製作方法の検討を行った。前年度まで、モールディングによる開毛管の製作を行ってきたが、この方法では、鋳型へのディップコーティング時にシリコーンレジンが過剰に堆積することにより開毛管末端での寸法誤差が生じた。そこで、2022年度は、鋳型に溶液の排出口を設けシリコーンレジンの過剰な堆積を防ぐ方法を提案した。結果として、溶液が適切に排出され寸法誤差が小さくなることを確認した。続いて、製作した開毛管を用いて実験を行い、取得したデータをもとに理論からのずれの考察を行った。ずれの傾向として、高粘度の油を使用する、または表面張力が低い水溶液を使用する場合で、ずれが大きくなることがわかった。今回、理論の構築の上で、開毛管内のみの粘性散逸を考慮しているが、実際には流入口付近の油の粘性散逸も関わっているため、高粘度の油で理論からのずれが大きくなったと考えられる。また、水溶液の表面張力が低い場合、水溶液から油への置換が起こりづらく、壁面でのStick-Slip現象の影響が大きくなったと考えられる。また、油中に蛍光色素を含ませて実験を行い、これまでの光学観察で検出されていたメニスカスに先行する薄膜（Precursor film）の存在を確認した。こちらに関しては、異なる粘度のオイル、表面張力を有する水溶液を用いた場合でも一様に確認されため、ずれに直接的な影響を与える可能性は低いが、開毛管に特有の現象であると考えられる。

在2022财年，我们改进了设备制造方法，以减少上一年确认的理论公式的偏差，还检查了偏差的原因。首先，我们研究了制造毛细管设备的方法。直到上一年，我们一直通过成型制造开放的毛细血管，但是由于在模具上浸入涂层期间，由于过量沉积有机硅树脂，因此该方法在开放毛细管的末端导致了尺寸错误。因此，在2022财年，我们提出了一种通过在模具中提供溶液出口来防止过度沉积有机硅树脂的方法。结果，已经确认该溶液已正确排干，并减少了尺寸误差。接下来，使用制造的毛细管进行实验，并根据获得的数据，研究了与理论的偏差。发现使用高粘度油或表面较低的水溶液时，转移的趋势会增加。在理论的构建中，我们仅在开放毛细管内考虑粘性耗散，但实际上，入口附近的油的粘性耗散也起着作用，因此人们认为与该理论的偏差随着高粘度油的增加而增加。此外，当水溶液的表面张力较低时，就不太可能将水溶液替换为油中，并且棒状滑移现象在壁表面上的影响增加了。此外，通过将荧光染料掺入油中进行了实验，并确认了先前光学观测中检测到的半月板之前的前体膜的存在。关于这一点，即使使用具有不同粘度和具有表面张力的水溶液的油，结果也均匀确认，尽管它们几乎没有可能直接影响偏差，但人们认为这是开放毛细血管独特的现象。

项目成果

期刊论文数量（11）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

開放流路における非混和性の2液体の自発的置換 III

开放通道中两种不混溶液体的自发位移 III

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
矢菅浩規;奥村剛
通讯作者：
奥村剛

開放流路における非混和性の2液体の自発的置換Ⅴ

明渠中两种不混溶液体的自发位移Ⅴ

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
矢菅浩規;奥村剛
通讯作者：
奥村剛

開放流路における非混和性の2液体の自発的置換Ⅱ

明渠中两种不混溶液体的自发置换 II

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
矢菅浩規;奥村剛
通讯作者：
奥村剛

Capillary replacement between two mutually immiscible liquids on an open channel

开放通道上两种互不混溶液体之间的毛细管置换

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
矢菅浩規;奥村剛;奥村剛;奥村剛;奥村剛;Ko Okumura;Mika Umehara and Ko Okumura;Yuka Miyabe and Ko Okumura;Yukina M. Koga and Ko Okumura;Hiroki Yasuga and Ko Okumura
通讯作者：
Hiroki Yasuga and Ko Okumura

開放流路における非混和性の2液体の自発的置換

明渠中两种不混溶液体的自发位移