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2017年5月 3日 (水)

変幻自在のマイクロミキサー -水蒸気マイクロバブルを使った少量流体の高速撹拌に成功-

2017年04月07日
京都大学研究成果
 
詳細は、リンクを参照して下さい。
 
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 名村今日子 工学研究科助教、
鈴木基史 同教授らの研究グループは、
水から溶けている気体を取り除き(脱気)、
局所的に加熱することで水蒸気の
小さな気泡(マイクロバブル)を
発生させ、それを使って非常に急激な
撹拌流を発生させることに成功しました。
 
 本研究成果は、2017年3月31日に
Nature Publishing Groupの
オンライン科学誌
「Scientific Reports」に
掲載されました。
 
 
-----
研究者からのコメント
 
 水蒸気マイクロバブルとその周辺の流れ
は水を加熱している間だけ発生するため、
本研究成果は、任意位置で任意時間の
間だけ流体を撹拌できる、強力で画期的な
マイクロミキサーとして有用です。
 
 さらに、複数のバブルを並べたり、
それぞれのバブルが作る流れの強さを
調節したりすることで、
マイクロメートルスケールの流路の中で
複雑にデザインされた流れを発生させる、
変幻自在のマイクロミキサーを
実現することもできると期待しています。
 
 バブルを発生させるために使っている
薄膜は、そのまま生体分子のセンシング
などに応用できます。
 
 つまり本研究成果は、流れの発生と
センシングの両方に使える道具を
提供します。
 
 一滴の血液を使って、様々な検査が
すぐに完了するような時代が早く訪れると
良いですね。
 
 
-----
概要
 
 血液検査装置などの液体を扱う装置の
小型化が急速に進む中、ごく少量の液体を
動かしたりかき混ぜたりする技術の開発が
急務となっています。
 
 しかし、マイクロメートルスケールの
小さい容器の中では、水などの液体は
壁面からの力を受けて非常に動きにくい
状態にあります。
 
 本研究グループは、水蒸気マイクロバブル
の表面に働く力を使い、少量の水を高速で
攪拌できることを発見しました。
 
 一般的に水中のバブルの表面に働く
表面張力は加熱すると弱くなります。
 
 そのため、バブル表面上に温度差を
設けると表面張力に不釣り合いが生じて
力が発生します。
 
 そこで、脱気した水を局所的に加熱する
ことで直径10μm程度の小さな
水蒸気マイクロバブルを発生させ、
その表面上に数百度もの温度差を作ること
に成功しました。
 
 その結果、バブル表面で非常に強い力が
発生し、バブル周辺の水が1m/sを超える
速さで駆動・撹拌されることが
わかりました。
 
 
詳しい研究内容については こちら
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>ごく少量の液体を動かしたり
>かき混ぜたりする技術の開発が
>急務となっています。
 有用そうですね。
 
 
>本研究で著者らは、流路壁から
>数十 μm の領域で 1 m/s を超える
>非常に急激な流れを安定して発生
>することに成功しました。
 
>この手法は、マイクロメートルスケール
>の流路が張り巡らされたチップ上の
>任意位置で流体を高速撹拌する技術
>として期待できます。
 
>さらに、本研究で熱源として使われて
>いる金ナノ粒子薄膜は,
>表面増強ラマン散乱などを利用した
>センシング技術の基板としても働きます。
 
>つまり、流体駆動とセンシングの両方を
>一度に実現する技術を確立できたと
>いえます。
 
 
 今後の展開に期待したい。

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