マイクロ流体デバイスのための機能性表面の最適設計

近年，従来の連続流としての液体操作技術に替わり，マイクロデバイスを用いた電気的制御による液滴操作技術が注目されている．特に，微量サンプルの高速かつ高精度な生化学分析や形態制御を実現するため，液滴操作技術のさらなる低消費電力化や操作性の向上が求められる．本研究では，マイクロマシン(MEMS)技術を用いて製作されるピラー構造を用いた超撥液面に着目し，MEMSピラー構造を用いた超撥液面の濡れ性および電気的安定性を理論モデルの構築およびプロタイプデバイスの実験的評価を通じて系統的に評価した． MEMSピラー構造の接触角特性を系統的に評価するとともに，従来知見の極めて少ない電場の重畳する場におけるCassie-Baxter状態の電気的安定性に対する実験評価を行い，表面張力の異なる様々な液滴に対する許容印可電圧を予測可能な理論モデルを開発した．特に，電場中での安定性に及ぼす表面張力やイオン濃度の影響を実験的に評価し，デバイス応用に向けた基礎データを蓄積した．また，予測モデルと実験データとの定量的な比較を行い，提案モデルの妥当性を評価した．さらに，本モデルに基づき，MEMSピラー構造を用いた新たな超撥液面として，液体耐性エレクトレットを提案し，その有用性を実証した．本成果は極めて独自性が高く，今後のマイクロ流体デバイスへの実応用に対して有用な新技術を提供するものである．以上の成果に関連し，国際会議２件（うち１件は本分野を代表する査読の厳しい国際会議に採択），国内会議１件で成果発表を行い，雑誌論文への投稿準備を行った．

近年，従来の連続流としての液体操作技術に替わり，マイクロデバイスを用いた電気的制御による液滴操作技術が注目されている．特に，微量サンプルの高速かつ高精度な生化学分析や形態制御を実現するため，液滴操作技術のさらなる低消費電力化や操作性の向上が求められる．本研究では，マイクロマシン(MEMS)技術を用いて製作されるピラー構造を用いた超撥液面に着目し，MEMSピラー構造を用いた超撥液面の濡れ性および電気的安定性を理論モデルの構築およびプロタイプデバイスの実験的評価を通じて系統的に評価した． MEMSピラー構造の接触角特性を系統的に評価するとともに，従来知見の極めて少ない電場の重畳する場におけるCassie-Baxter状態の電気的安定性に対する実験評価を行い，表面張力の異なる様々な液滴に対する許容印可電圧を予測可能な理論モデルを開発した．特に，電場中での安定性に及ぼす表面張力やイオン濃度の影響を実験的に評価し，デバイス応用に向けた基礎データを蓄積した．また，予測モデルと実験データとの定量的な比較を行い，提案モデルの妥当性を評価した．さらに，本モデルに基づき，MEMSピラー構造を用いた新たな超撥液面として，液体耐性エレクトレットを提案し，その有用性を実証した．本成果は極めて独自性が高く，今後のマイクロ流体デバイスへの実応用に対して有用な新技術を提供するものである．以上の成果に関連し，国際会議２件（うち１件は本分野を代表する査読の厳しい国際会議に採択），国内会議１件で成果発表を行い，雑誌論文への投稿準備を行った．