庄子 習一 (ショウジ シュウイチ)

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所属

理工学術院 基幹理工学部

職名

教授

ホームページ

http://www.shoji.comm.waseda.ac.jp/

プロフィール

1984年 東北大学大学院 工学研究科 博士後期課程修了(工学博士) 1994年 東北大学工学部・助手 1990-1991年 スイス・ヌーシャテル大学研究員 1991年 マサチューセッツ工科大学研究員(国際共同研究) 1992年   同    ・助教授 1994年 早稲田大学理工学部・助教授 1997年 早稲田大学理工学部・教授 1994-2006 Sensors & Actuators, (A&B) Section Editor 1997年 IEEE MEMS国際会議・議長 1994-1998 同会議論文委員・運営委員 2002年 MicroTAS 国際会議・議長 1998-2005同会議論文委員・運営委員 2006-2010 IEEE J Micro Electromechanical Systems, Editor 2009-2015 International Conference on Solid-state Sensor, Actuator, Microsystems: Transducers 運営委員 2011年 Transducers 国際会議 論文副委員長 2015年 Transducers 国際会議 論文副委員長 2017年 Transducers 国際会議 論文委員長   

兼担 【 表示 / 非表示

  • 理工学術院   大学院先進理工学研究科

  • 附属機関・学校   グローバルエデュケーションセンター

  • 理工学術院   大学院基幹理工学研究科

学内研究所等 【 表示 / 非表示

  • 2020年
    -
    2022年

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

  • 2017年
    -
    2021年

    ナノテクノロジー研究所   プロジェクト研究所所長

学位 【 表示 / 非表示

  • 東北大学   工学博士

所属学協会 【 表示 / 非表示

  •  
     
     

    化学とマイクロナノシステム研究会

  •  
     
     

    応用物理学会

  •  
     
     

    日本ME学会

  •  
     
     

    日本機械学会

  •  
     
     

    IEEE

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研究分野 【 表示 / 非表示

  • ナノマイクロシステム

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • マイクロセンサ、微小電気機械システム、マイクロナノ化学・生化学システム

論文 【 表示 / 非表示

  • Efficient Generation of Microdroplets Using Tail Breakup Induced with Multi-Branch Channels

    Daiki Tanaka, Satsuki Kajiya, Seito Shijo, Dong Hyun Yoon, Masahiro Furuya, Yoshito Nozaki, Hiroyuki Fujita, Tetsushi Sekiguchi, Shuichi Shoji

    Molecules 2021   26 ( 12 ) 3707 - 3707  2021年06月  [査読有り]

    担当区分:最終著者

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    In recent years, research on the application of microdroplets in the fields of biotechnology and chemistry has made remarkable progress, but the technology for the stable generation of single-micrometer-scale microdroplets has not yet been established. In this paper, we developed an efficient and stable single-micrometer-scale droplet generation device based on the fragmentation of droplet tails, called “tail thread mode”, that appears under moderate flow conditions. This method can efficiently encapsulate microbeads that mimic cells and chemical products in passively generated single-micrometer-scale microdroplets. The device has a simple 2D structure; a T-junction is used for droplet generation; and in the downstream, multi-branch channels are designed for droplet deformation into the tail. Several 1–2 µm droplets were successfully produced by the tail’s fragmentation; this continuous splitting was induced by the branch channels. We examined a wide range of experimental conditions and found the optimal flow rate condition can be reduced to one-tenth compared to the conventional tip-streaming method. A mold was fabricated by simple soft lithography, and a polydimethylsiloxane (PDMS) device was fabricated using the mold. Based on the 15 patterns of experimental conditions and the results, the key factors for the generation of microdroplets in this device were examined. In the most efficient condition, 61.1% of the total droplets generated were smaller than 2 μm.

    DOI

  • Validation of droplet-generation performance of a newly developed microfluidic device with a three-dimensional structure

    Yoshito Nozaki, Dong Hyun Yoon, Masahiro Furuya, Hiroyuki Fujita, Tetsushi Sekiguchi, Shuichi Shoji

    Sensors and Actuators A: Physical   ( 331 ) 112917 - 112917  2021年06月  [査読有り]

    担当区分:最終著者

    DOI

  • Effects of Oxygen Partial Pressure on Wood-Based Activated Carbon Treated with Vacuum Ultraviolet Light

    Nana Takahashi, Hiroyuki Kuwae, Seren Maeda, Masahiro Kawamura, Ami Tezuka, Shuichi Shoji, Jun Mizuno

    Coatings   11 ( 4 ) 411 - 411  2021年04月  [査読有り]

    担当区分:責任著者

     概要を見る

    This study uses vacuum ultraviolet (VUV) light with a wavelength of 172 nm as a surface treatment to enhance the adsorption capacity of wood-based activated carbon (AC). The AC surface treatment is performed under three O2 partial pressure conditions—5.0 × 104 Pa, where ozone (O3) effects dominate; 6.3 × 10−6 Pa, where VUV effects dominate; and 1.9 × 103 Pa for a balanced condition. For the O3-dominant condition, only graphene edge defects are etched (no aromatic carbon bonds are etched), resulting in increased surface roughness. When the VUV effects dominate, aromatic carbon bonds are cleaved, which then reacted with O2 or water adsorbed inside the pores. This increased both the number and size of the mesopores. Under the balanced conditions, the water adsorption capacity was enhanced by 45.5%, which is higher than that obtained before VUV exposure or with VUV under other conditions. This is because the surface roughness increased, as well as the pore sizes and numbers under the balanced condition. These results indicate that we can control VUV-based AC surface treatments via O2 partial pressure.

    DOI

  • Development of Microdroplet Generation Method for Organic Solvents Used in Chemical Synthesis

    S. Hattori, C. Tang, D. Tanaka, D.H. Yoon, Y. Nozaki, H. Fujita, T. Akitsu, T. Sekiguchi, S. Shoji

    Molecules   25 ( 22 ) 5360 - 5371  2020年11月  [査読有り]

    DOI

  • Microdroplet Synthesis of Azo Compounds with Simple Microfluidics-Based pH Control

    D. Tanaka, S. Sawai, S. Hattori, Y. Nozaki, D.H. Yoon, H. Fujita, T. Sekiguchi, T. Akitsu, S. Shoji

    RSC Advances   2020 ( 10 ) 38900 - 38905  2020年10月  [査読有り]

    DOI

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書籍等出版物 【 表示 / 非表示

  • 機能材料2014年3月号

    蜂巣琢磨, 水野潤, 庄子習一, 逢坂哲彌

    ㈱シーエムシー出版  2014年03月

  • 月刊ディスプレイ

    仁村将次, 庄子習一, 水野潤, 重藤暁津, 佐久間克幸, 荻野浩司, 榎本智之

    ㈱テクノタイムズ社  2013年03月

  • ナノインプリントの開発とデバイス応用」(第12章4 実装技術 及び、第14章2 マイクロTAS)

    水野潤, 篠原秀敏, 笠原崇史, 庄子習一

    シーエムシー出版  2011年10月

  • Microfluidics, Topics in Current Chemistry 304

    S. Shoji, K. Kawai

    Springer-Verlag Berlin Heidelberg  2011年04月

  • BIO INDUSTRY

    庄子習一, 川合健太郎

    シーエムシー出版  2010年03月

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Misc 【 表示 / 非表示

  • A study on low temperature SAM modified POM direct bonding affected by VUV/O-3 irradiation

    Weixin Fu, Bo Ma, Hiroyuki Kuwae, Shuichi Shoji, Jun Mizuno

    2017 5TH INTERNATIONAL WORKSHOP ON LOW TEMPERATURE BONDING FOR 3D INTEGRATION (LTB-3D)     69 - 69  2017年  [査読有り]

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    A direct bonding of polyoxymethelene (POM) was feasible at 100 degrees C by using self-assembled monolayers (SAM) as surface modification method. (3-Aminopropyl) triethoxysilane (APTES) and (3-Glycidyloxypropyl) trimethoxysilane (GOPTS) were applied in our work. Surface modification carried out with different VUV/O-3 irradiation conditions showed different bonding strength. In addition, the bonding condition with highest strength had an average strength of 0.37 MPa. This technology was expected to be used in packaging for micro/nano electromechanical systems (MEMS/NMES), such as bio-/medical devices.

    DOI

  • Highly bendable transparent electrode using mesh patterned indium tin oxide for flexible electronic devices.

    Kosuke Sakamoto, Hiroyuki Kuwae, Naofumi Kobayashi, Atsuki Nobori, Shuichi Shoji, Jun Mizuno

    12th IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems, NEMS 2017, Los Angeles, CA, USA, April 9-12, 2017     323 - 326  2017年  [査読有り]

    DOI

  • ST-quartz/LiTaO3 Direct Bonding Using SiO2 Amorphous Layers with VUV/O-3 Pre-treatment for a Novel 5G Surface Acoustic Wave Device

    Haruka Suzaki, Hiroyuki Kuwae, Akiko Okada, Bo Ma, Shuichi Shoji, Jun Mizuno

    2016 International Conference on Electronics Packaging (ICEP)     443 - 446  2016年  [査読有り]

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    This paper describes a novel ST-cut quartz (ST-quartz) /LiTaO3 (LT) direct bonding for surface acoustic wave (SAW) devices of next 5G mobile communication. The ST-quartz and LT were bonded to fabricate temperature compensated piezoelectric substrates using amorphous SiO2 (alpha-SiO2) intermediate layers. The alpha-SiO2 thin layer was prepared on each substrate by ion beam sputtering (IBS) to realize highly active bonding interfaces and treated by vacuum ultraviolet irradiation in the presence of oxygen gas (VUV/O-3). Then they were bonded under pressure of 5 MPa at 200 degrees C for 15 min in 100 kPa vacuum atmosphere. The tensile strength of 2.9 MPa was achieved in alpha-SiO2 substrate which is six times stronger than other samples; without intermediate layers or VUV/O-3 pre-treatment. In addition, VUV/O-3 bonding was compared with Mega-sonic bonding. VUV/O-3 treated sample with AIB method slightly increase the bonding strength and achieved the same level of Mega-sonic bonding sample with AIB. Hence, it is indicated that AIB method could prepare the considerably activated surface even using low vacuum condition and affect effectively to hetero-monocrystalline bonding. This result suggested the proposed ST-quartz/LT direct bonding is a promising technique for future 5G SAW devices.

    DOI

  • LOW TEMPERATURE DIRECT BONDING OF SINGLE CRYSTAL QUARTZ SUBSTRATES FOR HIGH PERFORMANCE OPTICAL LOW PASS FILTER USING AMORPHOUS SIO2 INTERMEDIATE LAYERS

    Bo Ma, Hiroyuki Kuwae, Akiko Okada, Weixin Fu, Shuichi Shoji, Jun Mizuno

    2016 IEEE 29TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEMS (MEMS)     25 - 28  2016年  [査読有り]

     概要を見る

    We proposed a HF-assisted single crystal quartz direct bonding method at low temperature using amorphous SiO2 layer for high performance optical low pass filter (OLPF) to improve heat resistance compared with conventional OLPFs using UV-curing adhesive. Amorphous SiO2 was deposited by ion beam sputtering on backside of both infrared reflection and anti-reflection coated substrates. By the etching rate evaluation, amorphous SiO2 deposition is considered to provide high active surface useful for bonding. The HF bonded sample with amorphous SiO2 layer achieved 0.8 MPa in tensile test and 3.3 MPa in shear test, and also nearly 100 % light transmittance was performed, which is as the same level as conventional UV-curing adhesive one. Therefore, the proposed single crystal quartz direct bonding with amorphous SiO2 layers is considered to be a promising technique to realize high performance OLPFs.

    DOI

産業財産権 【 表示 / 非表示

  • フレキシブル透明電極及び有機エレクトロルミネッセンス素子

    庄子 習一, 桑江 博之, 坂本 暁祐, 水野 潤

    特許権

  • ピラーアレイミキサー及びこれを使用した試料処理装置

    庄子 習一, 関口 哲志, 中西 完貴

    特許権

  • 接合方法

    6251935

    庄子 習一, 水野 潤

    特許権

  • 金属材の拡散接合方法および金属材の拡散接合装置

    庄子 習一, 水野 潤, 岡田 愛姫子, 仁村 将次

    特許権

  • 積層構造体の製造方法

    6157206

    庄子 習一, 水野 潤, 仁村 将次

    特許権

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受賞 【 表示 / 非表示

  • 化学とマイクロ・ナノシステム学会賞

    2020年05月   化学とマイクロ・ナノシステム学会  

    受賞者: 庄子習一

  • 2019 Micromachines Best Paper Award

    2020年02月   Micromachines   Size-Dependent and Property-Independent Passive Microdroplet Sorting by Droplet Transfer on Dot Rails  

    受賞者: D.H. Yoon, D. Tanaka, T. Sekiguchi, S. Shoji

  • Mate 2020 優秀発表賞

    2020年01月   第26回「エレクトロニクスにおけるマイクロ接合・実装技術」シンポジウム(Mate 2020)   ソフトリソグラフィー技術を用いてマイクロパターン化した魚うろこコラーゲン足場材付き培養口腔粘膜の作成  

    受賞者: 三輪慶人, 鈴木絢子, 桑江博之, 山口勇, 兒玉泰洋, 泉健次, 庄子習一, 水野潤

  • 優秀ポスター賞

    2020年01月   第26回「エレクトロニクスにおけるマイクロ接合・実装技術」シンポジウム(Mate 2020)   液体有機ELを用いたオンデマンド蛍光検出システムの開発  

    受賞者: 大塚茜里, 桑江博之, 大島寿郎, 庄子習一, 水野潤

  • IMPACT 2019 Packaging - Best Student Award

    2019年10月   14th International Microsystems, Packaging, Assembly and Circuits Technology Conference (IMPACT-IAAC 2019)   LiTaO3/Quarts Bonding with Low-Residual-Stress Al2O3 Amorphous Intermediate Layer for 5G Surface Acoustic Wave Devices  

    受賞者: A. Tezuka, H. Kuwae, K. Yamada, S. Shoji, S. Kakio, J. Mizuno

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共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • 三次元マイクロ流体デバイスを応用した多重微小界面の構築と機能性化学反応への応 用

    研究期間:

    2020年04月
    -
    2023年03月
     

     概要を見る

    本研究では、微細加工技術を用いて作製したマイクロ流体デバイスを用いて、多重微小界面を形成し、その場での化学反応を利用して新規材料を創成することを目的とする。本研究の遂行により、抗がん剤の材料として期待されている金属錯体含有タンパク質や、臭素基の複数付加のような、従来法では合成が困難な材料の作製が容易になり、また、鏡像異性体の制御など新しい機能性材料の創成が期待される

  • 細胞内微小サンプル計測を目的としたマイクロ・ナノドロップレットハンドリング

    研究期間:

    2016年04月
    -
    2019年03月
     

     概要を見る

    本研究では、「微小サンプルのハンドリングに関する要素技術」に着目し、その要求仕様の抽出と実現を図ることを目的とした。本研究の結果、以下の技術の確立に成功した。1)微小なスケール(数ミクロン~サブミクロン)のマイクロドロップレットの安定的作製技術の確立。2)微小サンプルのドロップレット内への内包技術およびドロップレット内での反応技術の確立3)マイクロドロップレットの選択的ハンドリング技術の確立。さらに本研究の派生効果として「フレキシブルなITO 電極の作製による有機ディスプレイの自由な湾曲化」や、「遺伝子論理チップ」の作製に道を開いた。従来は、多数の同種のサンプルの中から特殊な機能を発現したサンプル(細胞・細菌・化学物質等)だけをピックアップし、さらにそれらを培養・観察してその機能解析を行う事や、分解・抽出してさらにこれを利用するためには、必要な作業を手動で行う以外方法は無かった。本研究の成果により可能となった、マイクロ流体デバイスを利用した微小液滴の作製と、その受動的な微小流れの制御を応用することにより、特定の微小サンプルをピックアップして取り扱う、システムとしての自動制御に道が開かれた

  • マイクロフルイディックエンジニアリングの深化と生体分子高感度定量計測への展開

    研究期間:

    2011年05月
    -
    2016年03月
     

     概要を見る

    本研究では、微小発光サンプルの光学的超高感度定量計測を可能とすべく、以下の新規マイクロ流体デバイス要素技術を開発した。1)自由なサイズの液滴作製技術の構築,2) 自由な流れのコントロール技術の構築,3) 液滴のパッシブソーティング技術の構築。次に要素技術をシステム化することにより、微小発光サンプルの計測を実現した。1)液滴に生体サンプルを個別に抱合して環境微生物個々の遺伝子を解析,2) 個別に抱合された細胞の成長を観察して酵素反応活性を評価。本研究の遂行により、従来定性的観察のみ可能であった光学信号が高感度な定量的計測結果を得るのに十分なレベルに増幅され、光学的定量計測が実現された

  • 電気化学デバイス工学の確立と深化

    特別推進研究

    研究期間:

    2008年
    -
    2012年
     

     概要を見る

    電気化学ナノテクノロジーに基づく「固液界面制御による新機能発現のための材料開発研究」と「界面構造や界面現象の実践的な活用によるデバイス開発研究」に総合的に取り組むことで、電気化学に立脚した材料およびデバイスの実用化研究の根源にあるものを事象ごとの経験論から抽出し、アウトプットとしてのデバイス(具体的にはエネルギーデバイス、センサデバイス、電子デバイス・磁気記録デバイス)を縦糸に、機能発現および界面設計の次元(3次元、2次元、0次元)を横糸に、「電気化学デバイス工学」という学理の構築を図った。

  • 高機能バイオセンシングのためのサンプル分離抽出・分析前処理マイクロシステムの構築

    基盤研究(A)

    研究期間:

    2004年
    -
    2006年
     

     概要を見る

    近年世界的に研究が盛んなMicroTAS(マイクロ化学・生化学分析システム)の分野では、DNAやタンパク質といった生体物質の分析手法の進歩が著しい。それに比べて進展が遅れている分析に掛けるまでの生体サンプルの抽出・前処理にMEMSおよびナノテクノロジー技術を適用し,トータルシステムとしての機能を飛躍的に改善することを目的として研究を行った。具体的には特定の細胞や組織から生体サンプルを抽出・処理し,マイクロ生化学分析チップへ供給するシステムの実現を目指し、そのために必要なサンプル採集・選別および分析の前段階となる化学処理をナノリットルあるいはピコリットルオーダーの容積を持つマイクロ流路内で実現する流体デバイス/システムを開発した。
    生体分子を分離・抽出するマイクロソータとしては、熱反応性ハイドロゲルをキャリアとして用い、ゾル-ゲル相転移を利用した流体スイッチングを原理として1入力-2出力のデバイスを開発した。構造の最適化によりソート速度5msec以下を実現した。また、DMDを用いて、1入力-9出力のマルチソータも実現した。前処理システムとし極微量の薬液を高精度で導入できるマイクロ細胞培養容器を実現した。3次元的なシースフローにより、容器内の特定の細胞に薬液をスポット的に導入する機構を開発した。また、細胞培養容器に高速に同じ種類の細胞を導入する流体システムおよび2種類の細胞の数を制御して導入する流体システムも実現した。DNAやタンパク質等の生体分子を油相に包んで、流体システム中で安定に搬送することを可能にする油相マイクロカプセルとして、油層/液相の均一微小ドロプレットおよび空気1油相1水相の新しいドロプレットの生成デバイスの開発を行った。

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講演・口頭発表等 【 表示 / 非表示

  • Temperature Compenstated Piezoresistor Fabricated by High Energy Ion Implantation

    IEICE Trans. Electron./電子情報通信学会  

  • 微小電子機械システム要素材料とマイクロマシーニング

    まてりあ/金属学会  

  • Studies on Bio-sensing Microsystems for Health Care

    Biotelemetry XIV/ Tectum Verlag, Marburg  

  • Micromachining for Biosensors and Biosensing Systems

    Biosensors & Their Applications, Kluwer Academic/Plenum Pub.  

  • Micro Flow Switches Using Thermal Gelation of Methyl Cellulose for Biomolecules Handling

    Dig. 11th Int. Conf. on Solid-State Sensors & Actuators; Transducers’01  

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特定課題研究 【 表示 / 非表示

  • 細胞内微小サンプル計測を目的としたマイクロ・ナノドロップレットハンドリング

    2019年  

     概要を見る

    Based on microfluidic engineering developed in our laboratory, multiplex interfaces between specific multiple source reagents can be formed in micro channels. These flows enable functional chemical synthesis which is difficult in conventional methods. Actual synthesis of azo complex using micro droplet was realized in short time under the temperature and pH control free conditions. For bromine addition reaction, a multiplex pillar array micro flow device was applied. Using iron modification of the pillar surfaces, double addition reaction of Br was confirmed. Miniaturization of micro droplet have been continued to achieve analysis of micro scale targets in biological cells.

  • 希少サンプルの特異的ハンドリング技術の創成と単一細胞内生体分子計測への応用

    2016年  

     概要を見る

    本研究では、「マイクロスケール~サブミクロンスケールの壊れやすい微小サンプル(固体/液体)の選択的ハンドリングと処理をマイクロ流体デバイス技術により行う事」を目的とした。まず、マイクロ流体デバイスを応用した超小型液体クロマトグラフィーチップを新規に開発し、血漿内タンパク質のこれまでにない高感度な検出を実現した。次に、これを応用して一細胞内たんぱく質の検出と分離にも成功した。また、三次元シースフローの応用デバイスとして縦方向に自由な断面形状が形成可能なチップの開発に成功し、これを応用した機能性微小ファイバーの作製を実現し、本ファイバーを利用した組織再生研究に道を開いた。

  • 冗長性/拡張性を持つ革新的マイクロ流体システムの構築-ライフサイエンスへの展開-

    2014年   関口 哲志

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    本研究では、マイクロ流体デバイスの要素技術をシステム化することを念頭に「冗長性/拡張性を持つ革新的マイクロ流体システムの構築」について研究を行った。まず、多種類のドロップレットを順序良く並べ、必要な場所で融合させるマイクロ流体システムの開発に成功した。次に、ナノ粒子(QD)とたんぱく質をそれぞれ内包した異なる2種類のドロップレットを融合させ、その内部のナノ粒子がたんぱく質と反応する経時変化をリアルタイムに観察可能なシステムの開発に成功した。さらに、三次元シースフローを応用して人工血管の元となる血管内皮細胞を使った環状構造を作製し、その後培養を行うことにより実際に毛細血管の作製に成功した。

  • 三次元ナノマイクロデバイス、ナノマイクロセンサ作製の為の新規プロセス技術の創製

    2013年   関口 哲志

     概要を見る

    本研究では、「三次元ナノマイクロデバイス、ナノマイクロセンサ作製の為の新規プロセス技術の創製」を行い、構築された技術が実際のバイオメディカル分野や化学分野で応用可能かどうかの検証を行った。そのための基盤技術として、マイクロ流体デバイスを用いたマイクロドロップレットの操作技術の確立に主眼をおいた。マイクロドロップレットは、その内部に細胞やバクテリア、ナノ粒子や種々の化学物質等を抱合したままマイクロ流体デバイス内を搬送させることが可能であり、また、任意の位置で融合/破砕/取り出しが可能なため、近年盛んに研究がおこなわれている。当該技術の確立のために必要な要素技術は、マイクロドロップレットの作製技術、融合技術、流しわけ技術であり、これらの技術の確立を中心に検討を行った。従来もこれらの個々の技術を実現可能なデバイスは報告されているが、デバイス作製のためのプロセス技術やデバイス構造が煩雑であり、また、応用の範囲がきわめて限定されているものが大多数である。本研究では、コストを含めていかに簡単にデバイスを製作可能かおよびデバイス構造自体がいかにシンプルかという点に主眼をおいて研究を行った。まず、自由なサイズのマイクロドロップレットをシンプルなマイクロ流体デバイス構造で作製することを試み、エアバルブのコントロールのみでドロップレットのサイズが100倍以上可変可能なデバイスの実現に成功した。(参考文献リスト1)次に、シンプルなマイクロ流体デバイス構造で複数のドロップレットを融合することを試み、8個までの任意の大きさのドロップレットを一度に融合可能なデバイスの実現に成功した。(参考文献リスト2)さらに、これらのドロップレットを大きさ別に流し分ける技術の確立について、パッシブソーティングという新しい技術を確立し、柔らかいマイクロドロップレットを外力で破壊することなく、自動でソーティングが可能なデバイスの実現に成功した。(参考文献リスト3)最後に、上述の技術を用いて実際にゲルドロップレットを作製し、その内部に細胞を一つずづ導入し、ゲルドロップレットに細胞が入ったままで培養することを試み、これに成功した。(参考文献リスト4)以上のように、本研究ではマイクロ流体デバイス内でのマイクロドロップレットの操作技術に関して、従来は実現されていなかったシンプルなデバイス構造での作製技術、融合技術、流しわけ技術の確立に成功し、そのバイオ応用の可能性まで示した。

  • 疑似細胞構築のためのマイクロ/ナノ流体システム

    2011年   関口 哲志

     概要を見る

    マイクロ流体デバイス内において細胞やオルガネラ、DNA等のバイオサンプルを取り扱う場合、対象サンプルが微小化、希少化するとともに、サンプルのロスレスなハンドリング技術が重要となり、また、微小サンプルから検出される各種シグナルも弱くなるため、センシングの高感度化も必要となる。本研究では、希少サンプルのハンドリングおよび検出を行うための要素技術について基礎検討を行った。ハンドリング技術として三次元シースフローのバリアブルなコントロールについて検討を行い、簡単な構造のデバイスを用いてシースフローの位置と断面積の制御技術を確立した。本技術の確立により、従来微妙な流量制御が必要であった三次元シースフローの汎用化への道が開けた。本技術を使用し、今まで検出・分離の困難であったGFP発現酵母の高精度な分離を実現した。ドロップレットのパッシブなハンドリング方法についても検討し、マイクロ流路に簡単な溝を掘るだけで、大きさの違うドロップレットが表面エネルギーの差により自動的に流しわけされることを示した。これにより、外力を受けることなくドロップレットのソーティングが可能な事が示され、ドロップレットのダメージレスソーティングに道を開いた。さらに、2層PDMSデバイスを圧縮空気でコントロールすることにより、ドロップレットのデジタル融合が可能なことを示した。これにより自由な大きさのドロップレットの作製が容易に可能になり、その応用の可能性を広げた。センシング技術に関しては、まずマイクロドロップレット生成デバイスを応用してマイクロレンズを作製し、これをアレイ上に配置することにより、インラインでの集光の可能性を示した。また、XeF2を使ってエッチングしたSiを鋳型として使い、マイクロガラス流路中にたくさんのガラスレンズを簡単に作製する手法を新たに確立し、従来ではプロセスの複雑さから実用性が疑問視されていた、ガラスレンズアレイによる高感度センシングシステムの可能性を示した。

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現在担当している科目 【 表示 / 非表示

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