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－

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。

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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。

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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。