三次元マイクロツールの非接触駆動と液中微小物体操作への応用

3D微型工具的非接触式驱动及其在液体中小物体操纵中的应用

基本信息

批准号：
19016004
负责人：
新井史人
金额：
$ 5.5万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

卵細胞や細胞などの生体微粒子の操作は, 畜産業やバイオ産業など様々な分野で必要不可欠である. 接触操作ではツールの位置決め作業が煩雑で, 外乱や不純物の混入が問題となっており, 高速で高効率なシステムは実現が困難である. 一方, 閉じた空間で微小物体を操作する非接触マニピュレーションは, 溶液の蒸発やピペットの運動による外乱を防ぎ, 高速で高効率なシステムを実現するうえで基盤技術となる.本研究では, (1)磁場もしくは(2)レーザを用いて, 3次元マイクロ構造体を液体中の閉空間で非接触駆動する研究を行った.それぞれのアプローチは特徴を有しており, 更なる機能の向上をはかるとともに, 各利点を活かしたアクチュエータの設計論を確立した.(1) 磁場駆動においては, 3次元形状の磁性マイクロツールを製作した. 三次元微細加工技術とモールディング加工によってPDMSの柔軟性と磁性を兼ね備えた, 様々なタイプのマイクロツールを製作した. このツールの力学的な特性を引っ張り試験によって明らかにした. さらに, このツール内に磁性金属を内蔵するハイブリッドタイプのツールを製作し, 駆動実験を行い, 操作点の剛性が向上できることを示した. これらのツールをマイクロチップ内部で非接触駆動することに成功した. 特にマイクロ流路内に微小電極をめっきにより形成し, 局所的な磁場集中を実現することで駆動特性を大幅に向上することに成功した. また, ツールの駆動方法を分類して, 1自由度, 2自由度のツールの駆動方法を体系化した.(2) レーザ駆動においては, 光トラップが可能な透明マイクロツールをフォトファブリケーションによって製作した. また, レーザ操作とレーザの位相制御を特色とする統合型の光ピンセットにより, これを軌道制御し, マイクロツールを複数用いた操作方法を実現した.

在牲畜和生物工业等各个领域，对生物微粒（例如卵细胞和细胞）进行操纵至关重要。在接触操作中，工具的定位很复杂，并且包括干扰和杂质的包含是一个问题，因此很难实现高速，高效的系统。另一方面，通过防止蒸发解决方案和移动式运动引起的干扰，是实现高速，高效的系统的基础技术，它是实现高速，高效的系统的基础技术，它是实现高速，高效，高效的高效系统的基础。在这项研究中，我们对（1）磁场或（2）在液体中封闭空间中驱动3D微结构的激光进行了研究。每种方法都有其自身的特征，旨在进一步提高其功能，并建立了一种使用每个优势的执行器设计理论。（1）磁场驱动，制造了3D形状的磁性微型。制造了各种类型的微型工具，通过三维微加工技术和成型结合了PDM的柔韧性和磁性。通过拉伸测试揭示了该工具的机械性能。此外，制造了带有磁性金属的混合类型工具，并进行了驾驶实验，以表明可以提高操作点的刚度。这些工具在微芯片中成功地非接触式驱动。特别是，通过电镀并实现了局部磁场浓度，在微通道中形成了微电极，从而导致驾驶特性的巨大改善。此外，该工具的驾驶方法被分类，并系统化具有一种自由度和两个自由度的工具的驾驶方法。（2）在激光驾驶中，通过光法制造了能够捕获光捕获的透明微动。此外，还使用了具有激光操作和激光相控制的集成光学镊子。这是由轨道控制的，并实现了使用多个微工具的操作方法。