高精度位置決め磁気駆動マイクロデバイスを用いたオンチップ細胞操作に関する研究

利用高精度定位磁驱动微器件进行片上细胞操控的研究

基本信息

批准号：
11J56352
负责人：
萩原将也
金额：
$ 0.45万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2012
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J56352/
关键词：
マイクロロボット μTAS Lab on a Chip On-chip robot

项目摘要

本研究ではマイクロ流体チップ内で非接触に駆動される磁気駆動マイクロツール(Magnetically Driven Microtool:MMT)にかかる摩擦を低減することで,マイクロ流体チップ内において細胞の精密・高速操作を行うことを目的としている.駆動源として永久磁石を用いるため,熱の発生がなく,非接触でmNレベルの力を発生させられる超精密・超高速アクチュエータは世界初である.そこで本年度はMMTに規則的に配列したV溝群(リブレット)を加工することにより,高速駆動時における流体摩擦の低減を行った.まずリブレット解析モデルを作製し,流体摩擦を最小に抑えるためのリブレット形状の最適化設計を実施.この最適形状を作製については,シリコンとニッケルの複合加工を用いることで,高精度に微小V溝群をMMTに加工することを達成した.作製したMMTの駆動周波数特性を測定すると,従来5Hz程度で駆動できなくなっていたのに対して,リブレット付のMMTにおいては90Hz(282mm/s)の高速駆動を達成した.また,マイクロ流体チップのガラス基板に圧電セラミックスを付与して超音波振動を印加することにより,見かけの摩擦力を大幅に低減することが可能であり,これにより最小1.1μmの位置決め精度を達成している.マイクロ流体チップの安定した環境内において,流体制御をチップデザインにより行うことで,細胞を連続的にMMT作業エリアに搬送することにより,細胞の処理速度を飛躍的に向上することが可能である,本年度はマイクロ流体チップ内において流体微粒子多分岐ソーティング,細胞の多分岐搬送,卵子の高速除核を達成した.mNの発生力mmの位置決め精度,280mm/s以上の高速駆動を達成した非接触アクチュエータは世界初であり,マルチスケールの細胞に対して適応することが可能である.

这项研究涉及磁性驱动的微型（磁性驱动），该微型动物是在微流体芯片中非接触式驱动的，其目的是通过在微动物（MMT）上减少微流体芯片中细胞的精确和高速操作。由于永久磁铁被用作驾驶源，因此这是世界上第一个超高速度，超高速度执行器，不会产生热量，也没有接触力。今年，通过在MMT中定期安排的V-Grove组（RIBLET），我们通过加工了高速驾驶过程中的流体摩擦。首先，我们创建了一个RIBLET分析模型，并优化了Riblet形状，以最大程度地减少流体摩擦。为了制造这种最佳形状，我们通过使用硅和镍的组合加工来实现将微V型基团进行高精度加工到MMT中。当测量制造的MMT的驾驶频率特性时，以前无法在5Hz左右驾驶，但是配备了MMT的Riblet，高速驱动器是90Hz（282mm/s）。通过将压电陶瓷应用于微流体芯片的玻璃底物并施加超声振动，可以显着降低明显的摩擦力，从而达到1.1μm的最低定位精度。通过在微流体芯片的稳定环境中执行流体控制，将细胞连续运输到MMT工作区域，并可以大大改善细胞的加工速度。今年，在微流体颗粒的多分支分类中，在微流体芯片中实现了多分支的流体颗粒，多支细胞运输以及卵的高速摘录。这是世界上第一个获得高速驱动器MN MM的非接触式执行器，高速驱动器的280mm/s或更多，并且能够适应多规模的单元。