微小循環中の物質輸送センシングに基づく光バイオプシー技術の創出

本研究は、熱駆動式光MEMSトラッキングを提案し、モーションロバストな測定によって微小循環動態の定量的センシングを可能にする内視鏡光バイオプシー技術の開発を目的としている。本年度は、提案光バイオプシー技術のコア要素であるミリ長ストロークと低電力を両立する切り紙型熱駆動MEMSアクチュエータの開発に成功した。設計においては、熱膨張率が異なるナノ薄膜を通電加熱した際のバイメタル効果を駆動原理として選択し、切り紙という独創的なアクチュエーション構造形態にナノ・マイクロスケール熱工学に立脚する設計思想を導入した。作製においては、自立ナノ薄膜の残留応力を制御した微細加工レシピを用いて円ピラミッド切り紙型熱駆動MEMSアクチュエータを自作し、マイクロレンズをアクチュエータに集積することでレンズスキャナとしての機能を実装した。駆動評価において、MEMSアクチュエータはミリ長ストローク1.1 mmを低電力128 mWで達成し、マイクロレンズスキャナの機能を有することが示された。さらにMEMSアクチュエータの集中定数モデルを構築し、静的・動的応答を解析することで熱機械特性を評価した。本アクチュエータの機械応答特性は熱的応答特性に依存し、本アクチュエータのデザインでは空気への熱輸送が支配的であることが明らかになった。これらの結果より、熱駆動式光MEMSトラッキングのコア要素であるミリ長ストローク・低電力熱駆動切り紙MEMSアクチュエータの開発に成功したのみならず、切り紙型熱駆動MEMSアクチュエータの熱輸送形態も明らかにした。その結果、さらなる超長ストローク・超低電力MEMSアクチュエータ開発にむけた新たな知見も得られた。

本研究は、熱駆動式光MEMSトラッキングを提案し、モーションロバストな測定によって微小循環動態の定量的センシングを可能にする内視鏡光バイオプシー技術の開発を目的としている。本年度は、提案光バイオプシー技術のコア要素であるミリ長ストロークと低電力を両立する切り紙型熱駆動MEMSアクチュエータの開発に成功した。設計においては、熱膨張率が異なるナノ薄膜を通電加熱した際のバイメタル効果を駆動原理として選択し、切り紙という独創的なアクチュエーション構造形態にナノ・マイクロスケール熱工学に立脚する設計思想を導入した。作製においては、自立ナノ薄膜の残留応力を制御した微細加工レシピを用いて円ピラミッド切り紙型熱駆動MEMSアクチュエータを自作し、マイクロレンズをアクチュエータに集積することでレンズスキャナとしての機能を実装した。駆動評価において、MEMSアクチュエータはミリ長ストローク1.1 mmを低電力128 mWで達成し、マイクロレンズスキャナの機能を有することが示された。さらにMEMSアクチュエータの集中定数モデルを構築し、静的・動的応答を解析することで熱機械特性を評価した。本アクチュエータの機械応答特性は熱的応答特性に依存し、本アクチュエータのデザインでは空気への熱輸送が支配的であることが明らかになった。これらの結果より、熱駆動式光MEMSトラッキングのコア要素であるミリ長ストローク・低電力熱駆動切り紙MEMSアクチュエータの開発に成功したのみならず、切り紙型熱駆動MEMSアクチュエータの熱輸送形態も明らかにした。その結果、さらなる超長ストローク・超低電力MEMSアクチュエータ開発にむけた新たな知見も得られた。