光駆動マイクロマシンを用いたマイクロ化学システムの創製

使用光驱动微型机器创建微化学系统

• 批准号: 14750182
• 负责人: 丸尾 昭二
• 金额: $ 3.07万
• 依托单位: Yokohama National University (2003)Nagoya University (2002)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750182/
• 关键词: 光駆動マイクロマシン; マイクロ光造形法; マイクロ化学分析システム; 光トラッピング; ナノピンセット; 光硬化性樹脂

本研究研の目的は、2光子サブミクロン造形法を用いて、種々の光駆動マイクロマシンを開発し、新しいマイクロ流体制御デバイスやバイオ研究用ツールを創製することである。本年度は、2自由度駆動が可能なナノニードルの駆動特性向上に関する以下の研究開発を行った。(1)高出力YAGレーザーを用いた高効率光駆動システムの構築前年度は、光駆動システムとして、2光子マイクロ光造形装置を流用していたため、レーザーパワーが100mW程度しか得られていなかった。そこで本年度は、最大出力4Wの高出力YAGレーザーを光源に用いた新たな光駆動システムを構築した。これにより、より高速かつ高出力の光駆動が行えるようになった。(2)2自由度駆動型ナノニードルの最適設計2自由度の駆動が可能なナノニードル(プローブ径:250nm)の最適設計を行った。具体的には、シングルビームで高効率な光トラップが行えるようにナノニードルの駆動部に取り付けられている「トラップポイント」の形状を最適化した。実験では、円柱形上のトラップポイントの高さと直径をさまざまに変化させ、光駆動実験を行った。その結果、直径1.1ミクロン、高さ4.2ミクロンの円柱形状が最適であることがわかった。最適形状のトラップポイントを有するナノニードルを作製し、駆動性能評価実験を行った。駆動実験では、先に開発した新駆動システムを用いて、最大回転数120rpm、最大並進駆動12Hzを実現した。(3)ナノニードルによる微小物体の操作実験最適設計したナノニードルを用いて、液体中で微小物体を操作する実証実験を行った。実験では、液体中に浮遊するマイクロ物体をニードル先端で刺す、押すなどの動作に成功した。この結果から、ナノニードルが細胞やタンパク質などの生体試料の微細マニピュレーションに有効であることが確かめられた。

这项研究研究研究研究研究的目的是使用两光子亚微米建模方法开发各种光学驱动的微机械，并为生物搜索创建新的微流体控制设备和工具。今年，我们进行了以下研究和开发，以提高可以驱动两个自由度的纳米驱动特征的驾驶特性。 （1）在上一年使用高功率YAG激光器构建高效的光驱动系统，将两光子微型电器建模设备用作光学驱动系统，而激光功率仅获得100MW左右。因此，今年我们使用高功率YAG激光器建立了新的光学驱动系统，最大输出为4W作为光源。这允许更快，更高的输出光学驾驶。 （2）我们已经对纳米德尔（探针直径：250nm）进行了最佳设计的两度自由驱动纳米德尔的最佳设计，该设计可以以两种自由度驱动。具体而言，已经优化了纳米驱动器驱动器截面的“陷阱点”的形状，以便可以使用单个梁执行高效率光学诱捕。在实验中，使用圆柱体上陷阱点的高度和直径上的各种变化进行了光驱动实验。结果，发现直径为1.1微米，高度为4.2微米的圆柱形是最好的。制造具有最佳形状的陷阱点的纳米果，并进行了实验以评估驾驶性能。在驾驶实验中，早先开发的新驱动系统用于达到120 rpm的最大旋转速度和12Hz的最大翻译驱动器。 （3）使用纳米针对操作微型对象进行的实验实验，我们进行了一个示范实验，其中使用最佳设计的纳米针中的液体在液体中操纵微对象。在实验中，我们成功地执行了诸如用针尖粘在液体中的微物体粘附和推动微物体。这些结果证实，纳米果可以有效地对生物样品（例如细胞和蛋白质）进行精细操纵。

项目成果

K.Ikuta, Y.Sasaki, H.Maegawa, S.Maruo: "Biochemical IC chips for pretreatment in biochemical experiments"Proc. of the 15th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS 2003). 343-346 (2002)

K.Ikuta、Y.Sasaki、H.Maekawa、S.Maruo：“用于生化实验预处理的生化IC芯片”Proc。

K.Ikuta, A.Takahashi, K.Ikeda, S.Maruo: "User-assembly, fully integrated micro chemical laboratory using biochemical IC chips for wearable/implantable applications"Proceedings of Micro Total Analysis Systems 2002. 37-39 (2002)

K.Ikuta、A.Takahashi、K.Ikeda、S.Maruo：“使用生化 IC 芯片进行可穿戴/植入式应用的用户组装、完全集成的微化学实验室”微全分析系统论文集 2002. 37-39 (2002)

S.Maruo, K.Ikuta, H.Korogi: "Force-controllable, optically driven micromachines fabricated by single-step two-photon microstereolithography"Journal of Microelectromechanical Systems. 12・5. 533-539 (2003)

S.Maruo、K.Ikuta、H.Korogi：“通过单步双光子微立体光刻技术制造的力可控、光学驱动的微机械”《微机电系统杂志》12・5 (2003)。

K.Ikuta, Y.Sasaki, H.Maegawa, S.Maruo, T.Hasegawa: "Micro ultrasonic homogenizer chip made by hybrid microstereolithography"Proceedings of Micro Total Analysis Systems 2002. 745-747 (2002)

K.Ikuta、Y.Sasaki、H.Maekawa、S.Maruo、T.Hasekawa：“通过混合微立体光刻技术制造的微型超声波均质器芯片”Micro Total Analysis Systems 2002. 745-747 (2002)

S.Maruo, K.Ikuta, H.Korogi: "Direct nanomanipulation tools for biological samples"Proceedings of Micro Total Analysis Systems 2002. 937-939 (2002)

S.Maruo、K.Ikuta、H.Korogi：“生物样品的直接纳米操作工具”微全分析系统论文集 2002. 937-939 (2002)