【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.03.13】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24KT2016
利用課題名 / Title
マイクロ流路を用いたダイヤモンドナノ粒子選別デバイスの開発
利用した実施機関 / Support Institute
京都大学 / Kyoto Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
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）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials（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
マイクロ流体デバイス,ダイヤモンドNV中心,ナノ粒子/ Nanoparticles,光リソグラフィ/ Photolithgraphy
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)
四竈 泰一
所属名 / Affiliation
京都大学 大学院工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
舌 雅也,平井義和
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
江崎裕子
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
KT-103：レーザー直接描画装置
KT-104：高速マスクレス露光装置
KT-110：レジスト現像装置
KT-150：該当設備なし
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
NV中心を含むダイヤモンドナノ粒子は、ナノスケールの磁場および温度計測用プローブとして利用されている。NV中心のエネルギーは粒子毎に分布を持ち、この分布が粒子毎の計測差異を生じる要因となっているため、本研究では粒子群から同一エネルギーの粒子を選別するデバイスを開発する。デバイスは1つのインレットと2つのアウトレットをもつ2分岐マイクロ流路とし、分岐部に流路を切り替えるバルブを設置する。インレットから導入した1個の粒子を流路上で蛍光分光し、所望のスペクトル（エネルギー）を持つ/持たない場合にバルブを開/閉して、粒子を2つのアウトレットへ振り分ける。対象は平均粒径750nmの粒子とし、流路はPDMSのソフトリソグラフィにより製作する。京都大学ナノハブ拠点でフォトマスクを製作したのち、京都大学桂キャンパスC3棟CRで流路を製作する。
実験 / Experimental
京都大学ナノハブ拠点で上記設備（KT-103他）を利用し、ダイヤモンドナノ粒子選別デバイスに用いるマイクロ流路パターンのフォトマスクを作成した。その後、京都大学桂キャンパスC3棟CRで移動マスク露光装置（KT-153）及びドラフトを用いて流路パターンのモールドを作成し、PDMSで製作したマイクロ流路をガラス基板上に接着してデバイスを構築した。構築したデバイスを用いて、(1)粒子流線の流路中央への集束、(2)流路内における1粒子の蛍光分光、(3)バルブ開閉による粒子の振り分け、の動作検証を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
(1)は、インレット部からダイヤモンドナノ粒子を含む懸濁液を流して流路を動画撮影し、粒子流線を流路中央へ集束できていることを確認した。(2)は、波長594 nm、強度約40 mWのレーザー光を流路中央に集光し、露光時間10ms、78fpsで分光計測を行った。その結果、粒子1個1個の蛍光スペクトルを計測できるていることを確認した。(3)は、2分岐した一方の流路幅を空気圧バルブで狭めることによって粒子流線を切り替えた。空気圧バルブの形状およびPDMSの弾性率を最適化し、色素を用いて流線を可視化した。
その結果、バルブ開閉時に流線を切り替えられることを確認した。バルブ動作に要する時間は約100ms程度であった。以上により、粒子選別デバイスに必要な機能の動作検証を行うことができた。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
参考文献
T. Shikama, T. Watanabe, M. Zetsu, Y. Hirai, M. Jouda and M. Hasu, “Accuracy estimation of all-optical thermometry between 283-373 K using the NV--center zero-phonon line spectrum of diamond microparticles”, 2023 MRS Fall Meeting Boston, USA 2023 (Oral).
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)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
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