【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.20】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24UT1163
利用課題名 / Title
ナノ粒子を濃縮可能なマイクロ流体デバイスの開発
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials
キーワード / Keywords
濃縮、微粒子、回転流,スパッタリング/ Sputtering,リソグラフィ/ Lithography,電子線リソグラフィ/ EB lithography,膜加工・エッチング/ Film processing/etching,流路デバイス/ Fluidec Device,光学顕微鏡/ Optical microscope,MEMS/NEMSデバイス/ MEMS/NEMS device,ナノ粒子/ Nanoparticles
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
元祐 昌廣
所属名 / Affiliation
東京理科大学工学部機械工学科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
UT-716：LL式高密度汎用スパッタリング装置(2024)
UT-510：自動フォトマスクエッチング装置AEP-3000S
UT-501：卓上アッシング装置
UT-500：高速大面積電子線描画装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
液中に分散した微小粒子の分析は様々な分野において非常に重要である．特にその濃度が低い場合には，高い感度を持つセンシング手法も重要ではあるが，微粒子を濃縮する手法も同じく重要である．本研究では，ナノ粒子を濃縮するマイクロ流体デバイスを開発している．交流電場を基板の電極アレイに印加することで，電極周りを局所的に加熱し，この温度差に基づく液体の電気物性勾配と電場との相互作用により電場印加部に回転流を引き起こすことができる．結果として，この回転流がナノ粒子をバルク領域から基板近くへと引き寄せ，基板近傍にナノ粒子を濃縮することができる（Fig.1）．
実験 / Experimental
実験で用いるデバイスは，東京大学武田先端知クリーンルーム所有の高速大面積電子線描画装置および関連リソグラフィー装置を用いて作製したフォトマスクを使い，LL式高密度汎用スパッタリング装置で成膜した金属薄膜をパターニングして電極アレイを製作した．実験では，マイクロ流体デバイス内部に直径100nmの蛍光ポリスチレン粒子を分散させて，電圧印加後の粒子の濃度変化を蛍光輝度分布の変化として計測した．画像解析は自作の画像処理アルゴリズムを用いて実施した．なお，流路内のどの位置に粒子が集積されるかをより詳細に把握するために，顕微鏡の光学系にマイクロプリズムを内蔵して側方から観察することができるシステムを構築し，通常の下方観察に加えて側方観察のデータも取得した．
結果と考察 / Results and Discussion
下方，側方観察による印加電圧OFF/ON時の蛍光輝度分布をそれぞれFig.2，Fig.3に示す．このとき，150 kHz，10Vppの交流電圧を印加している．この結果より，ナノ粒子が電極間の基板近傍に強く濃縮されていることがわかる．電圧印加から濃縮されるまでの時間は約10sで，非常に高速な濃縮が実現できていることが示された．蛍光輝度から濃縮度を推定すると，30倍程度になっていることがわかり，本手法で高度なナノ粒子の集積ができることが確認された．
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 Nanoparticle accumulation using AC electric field. ACET: AC electrothermal.
Fig. 2 Fluorescence microscopy images capturing the behavior of 100-nm PsNPs in the microfluidic device before (left) and after (right) the application of a 100 AC voltage at a frequency of 150 kHz.
Fig. 3 Cross-sectional view illustrating the motion of 100-nm PsNPs under ACET flow within the microfluidic device
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Ahmed Abdelghany, AC electrothermal trapping for efficient nanoparticles enrichment in a microchannel, International Journal of Thermofluids, 23, 100736(2024).
DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijft.2024.100736
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Masahiro Motosuke, Microfluidic approach for advanced cell assay and nanoparticle manipulation, First Bioelectrochemistry Workshop (2024/4/4, Chiba, Japan)
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件