超高速オンチップ流体制御技術を基盤としたハイスループット微粒子操作技術の創生

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細胞や花粉の化石といった微粒子をハイスループットに分取する．この目的を達成するため，分取システムのスループットを律速する原因となっている粒子のランダムな流入間隔の統制を行うこととした．具体的には，マイクロ流体チップに統合した流体制御技術を用いて，以下の手法で課題に取り組んだ．(1) 流路内部に流入する粒子を濃縮することでその空間的間隔を狭め，(2) 渦を周期的に生成し，その圧力場を仮想的なゲートとして利用することで時間的間隔を統制し，(3) 支流から流体を追加することで，所望の間隔に制御する．本年度は，マイクロ流体デバイスの設計・製作，各流体制御の基礎評価を行い，以下の成果を得た．(a) デバイス設計・システム構築：マイクロ流路環境下において高速かつ精密な流体制御を行うための配管抵抗に基づく流路の設計論を確立した．また，ピエゾアクチュエータを基盤とした流体制御系を設計し，光学系の観察部，電気系の制御部からなる実験システムを構築した．(b) 粒子間隔制御：マイクロ流体チップ上に統合した圧電素子の音響力によって粒子を流路中央に配列し，流体制御によって流体を段階的に吸引することで，マイクロ流路において粒径100 umの大型の粒子を詰まらせることなく濃縮することに成功した．この流体制御技術は，大型粒子の高濃度な懸濁液をマイクロ流路環境下で解析可能とすることから，マイクロ流体デバイスの応用性を拡張するものである．これに加えて，ピエゾアクチュエータを駆動源とするオンチップメンブレンポンプによって，周期的な渦生成が可能であり，この渦によって粒子の時間間隔が統制されることを確認した．また，マイクロ流路の流速と渦の動的な生成の関係を調べ，これまでその優位性が示唆されながらも知見に乏しかったマイクロ渦の時空間生成の条件を調査した．