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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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中西 真悟

標準正規分布の幾何学的対称性

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設計、割り当て、スケジューリング等、様々な問題は組合せ最適化問題として定式化できる。しかし、実応用において厳密に最適な解を求めるのが不可能な場合も多い。そのような状況においても可能な限り良質な解を探索するために、これまでにも遺伝的アルゴリズムのような手法が提案されているが、万能ではない。本研究では、特に超大規模な組合せ最適化問題を対象とし、確率論、統計論的な観点から、最適と考えられる方法を追究している。

杉本 賢二

夜間光データを用いた人間活動の把握

covid-19の世界的大流行により,各地で人々の移動や行動が制限されている.本研究では,人工衛星により観測された夜間における地表面の輝度を表す夜間光データを用いて,施設別に感染拡大前後の輝度変化率を算出した.夜間の輝度は社会経済活動と密接な関係があることから,輝度の変化によって影響度合いを把握できる.その結果,東京都では輝度が減少した地域が多い一方で,大阪府や愛知県では増加しているなど,西高東低となる地域的な偏りが顕著となった.また,すべての施設で輝度が減少した割合が多く,covid-19による様々な萎縮が広範に及んでいることを明らかにした.

上辻 靖智

機能材料のマルチスケール最適設計

 材料に優れた特性を発現させる鍵は,微視構造にある.次世代新規デバイス開発の核となるマルチフェロイック材料の電気磁気効果を飛躍的に向上することを目的とし,顕微鏡で観察される微視(ミクロ)スケールと機械構造物を捉えた巨視(マクロ)スケールを連成したマルチスケール構造最適設計を駆使して,数値解析主導の材料設計開発を提供する.

河合 紀彦

事前撮影画像を用いた破綻しない拡張現実感(Indirect AR)

拡張現実感(Augmented Reality:AR)は,現実世界を映した映像に仮想物体であるCGを合成することで,まるでその場にその物体が存在するかのように見せる技術です.最近では,ゲーム・ファッション・家具配置・観光などで実用化されてきていますが,特に観光地などでカメラ映像に人が写りこむような状況では,AR画像の見栄えが悪化したり,CG合成が正確にできなかったりすることがあります.これに対して,事前撮影画像を用いた拡張現実感(Indirect AR)では,そのような環境下でも,スマートフォンやタブレットといったモバイル端末で頑健で見栄えのいいARを実現します.

西口 彰夫

電磁流体・プラズマのコンピュータシミュレーション

 コンピュータの性能の向上と共に様々な分野でコンピュータシミュレーションによる研究が行われるようになってきました。本研究室では電磁流体プラズマの性質をコンピュータによる数値計算により解析しています。電磁流体は温度や密度、それを構成している原子・分子によって振る舞いが大きく変わり、それを再現或いは模擬するモデルを開発し、作成したモデルを用いて解析を進めています。核融合研究やプラズマを利用したモノづくりへの応用を目指しています。

外波 弘之

フェノールポリマーの合成とその機能性評価

 近年,酵素触媒をプラスチックなどのポリマー合成に利用する方法が注目されている.これは酵素触媒の有する次のような特徴を活用しよ うというものである.1,高い触媒活性 2,基質特異性 3,生分解性 4,穏和な条件下で機能.本研究では,このような酵素触媒の特徴を活かし,主として西洋ワサビ由来のペルオキシダーゼ(HRP)を触媒としてフェノール類を重合させる.生成するフェノールポリマーについて,抗酸化性などの機能性評価を行う.

廣芝 伸哉

フレキシブルデバイス作製のための基盤技術

有機分子や,酸化物ナノ材料など物質のもつ多彩な機能や物性を応用し,フレキシブルFETデバイスやバイオセンシングなどのナノシステムデバイス創成することを目指しています. 物質中の電子を情報システムに組み込めるようなデバイス機能につながる物質の性質(物性)を探求しています. 電気測定をはじめ,分光特性,構造解析,分子動力学計算およびナノ構造作製技術を用いて基礎物性をベースとして得られた知見をもとに,デバイス機能への展開を目指しています. 特に,ナノ加工技術や精密な薄膜形成手法が得意分野です.この分野では,有機半導体ナノワイヤや分子超格子構造,誘導自己組織化と逐次浸透合成を組合せた微細構造作製などなど,新しい独自の技術を目指しています.

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