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ホーム樹脂製マイクロ流体デバイスの量産に向けた拡散接合装置の開発
SDGsの分類
研究テーマ
ものづくり・製造技術
学科の分類
工学部機械工学科

樹脂製マイクロ流体デバイスの量産に向けた拡散接合装置の開発 拡散接合による非平滑プラスチック平板の接合技術

工学部

機械工学科

マイクロ流体力学研究室

横山奨 講師

マイクロ流体デバイス拡散接合

本技術は、主に金属の接合に用いられていた拡散接合を高分子樹脂に適用することで、医療用ディスポーザブルマイクロ流体デバイスの安価な量産の実現を目標としています。拡散接合は、母材を溶かすことなく接合界面を一体化するため、接合により透明性を損なうことはありません。さらに、多少の凹凸や切削痕が残っていても接合可能です。加工面への後処理も不要で、多種多様な高分子樹脂に対応可能です。現在、商用利用を目指して試作機を開発しており、テストサンプルとしてPMMA製のマイクロ流体デバイスの接合に成功しています。

従来のマイクロ流体デバイスで主に用いられてきたポリジメチルシロキサン(PDMS)は、各種タンパク質の吸着や、高いガス透過性などから必ずしも理想的なマイクロ流体デバイス用材料とは言い難いものでした。また、PDMS製マイクロ流体デバイスの製造工程は手作業が多く、量産には不向きで、高コストなデバイスになりがちでした。

そこで当研究室では、高分子樹脂製マイクロ流体デバイスへの移行を目指し、拡散接合技術を用いたマイクロ流体デバイス量産技術の確立を目指しています。拡散接合装置の試作機の開発を進めており、500 μmまでの流路を閉塞することなく接合することに成功しています。今後も、装置の改良や接合条件、デバイス設計の最適化を進め、各種マイクロ流体デバイスの開発に貢献するとともに、様々な応用研究を模索していきたいと思います。

固相拡散接合の原理は極めて単純です。右の図に示すとおり、真空あるいは不活性ガス雰囲気下で接合材同士を加圧しつつ、ガラス転移温度付近まで加熱することで、分子運動を促進し一体化します。原理的には、高分子樹脂以外にもガラスや金属への応用も可能であり、多種多様な材料に適応可能です。また、プラズマボンディングの様に、必ずしも平滑面である必要はなく、当研究室では切削加工後のPMMA平板や3Dプリンタで作製したABS平板同士の接合にも成功しています。界面が一体化するという性質上、接合材本来の高い光透過性を維持可能なことも特長です。

一方で、接合材の変形を最小限に抑制するためには、真空中で正確な温度制御と加圧制御を行う必要があります。さらに、温度・圧力条件なども接合の品質に大きな影響を与えます。マイクロ流体デバイスの設計においても最適化の余地は多く残されており、より高品質な接合の実現に向けて継続的に研究を実施しています。

副次的な利点として、切削痕などの微小な凹凸が存在しても問題なく接合でき、接合後は界面の一体化により接合材本来の透明度が復活することが挙げられます。このような特徴から、特に光学観察などを行うデバイスなどへの応用を期待しています。

研究者INFO: 工学部 機械工学科 マイクロ流体力学研究室 横山奨 講師

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小山 政俊

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電気探査法による安全で安価なCT技術の開発

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肥満のメカニズム解明とその応用

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多軸制御工作機械の加工精度向上

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大森 勇門

発酵食品中のアミノ酸分析

アミノ酸にはL体、D体と呼ばれる光学異性体が存在します。長年、我々ヒトはD-アミノ酸を利用しないと考えられてきました。しかし分析技術の発達に伴い、D-アミノ酸がヒトの生体内で重要な機能を有していることが明らかになってきました。またD-アミノ酸を用いて食品の呈味性や生理機能を向上させた商品も開発されています。我々の研究室ではD-アミノ酸の食品利用を目標に、発酵食品や食品に関係する微生物中のアミノ酸解析を進めています。

瀬尾 昌孝

深層学習における判断根拠の理解可能な潜在変数空間

深層学習は精度の高い処理を実現できるものの,判断根拠の理解が困難になりがちである.判断根拠が理解できないままでは実応用上問題が発生するケースも多い.例えば医用データ解析など,答えを誤った際の被害が甚大となる分野では現在でもこのような手法の全面利用が法律上規制されている.これに対し,本研究では潜在変数空間のdisentanglement化手法を応用して,目的とするタスクに関係の無い特徴を排除することで,判断根拠の理解が容易な潜在変数空間の獲得を実現した. 本報告では実応用を想定した課題として,撮影環境の大きく異なる顔画像における表情認識などを扱う.この課題では被験者情報以外にも照明や化粧など,表情認識に関係の無い様々なバリエーションを持つデータベースを構築し,学習に際して表情認識に不要な特徴を取り除く手法を開発した.本手法を応用することで,表情認識精度と判断根拠可読性の向上を実現した.

小寺 正敏

絶縁物への電子ビーム照射時の無帯電条件

電子ビーム(EB)は原子サイズ程度にまで細く絞れるため、レーザービームより格段に微細な加工が可能で、最先端集積回路製造を含む様々なナノテクノロジーで使用されている。ところが、EB照射される試料が絶縁体の場合、電子電荷の蓄積等で試料が帯電することは避けられず、応用範囲が限られると懸念されてきた。我々はEB照射後の絶縁体表面の電位分布を測定する静電気力顕微鏡(EFM)を開発し、照射条件によって起こる帯電現象がどのような特徴を示しながら変化するかを詳細に調べた。その結果、大量のEB照射を行っても試料が帯電しない条件を発見した。

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