マイクロチャネル内の液体流量測定用の懸濁ポリマーマイクロ流体センサー

Scientific Reports volume 12、記事番号: 2642 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

この研究では、100 ～ 1000 μl/分の範囲内の液体流量を監視するマイクロ流体カンチレバー流量センサーが設計および製造されました。 影響を与える最適パラメータを決定し、結果を実験データと比較するために、システム シミュレーションも実行されました。 流量計は、寸法 6.9 × 0.5 × 0.6 mm3 の湾曲したカンチレバーと、カンチレバー ビームの内側に CO2 レーザーで彫刻されたマイクロチャネルとして構築されました。 製造物質はポリジメチルシロキサンであった。 流量計の性能をテストするために、シリンジ ポンプを使用してさまざまな流量を注入しました。 デジタルマイクロスコープを使用して、各流量におけるカンチレバーの垂直変位を測定しました。 結果によると、フルスケール全体のデバイス精度は最大 ± 1.39% で、センサーの応答時間は 6.3 秒と測定されました。 マイクロチップの感度は、測定流量範囲において0.126μm/(μl/min)であった。 センサーは許容誤差値であれば複数回利用することもできます。 構築されたマイクロチップによって得られた実験データは線形傾向 (R2 = 0.995) を持ち、シミュレーション結果とよく一致していました。 さらに、実験データとシミュレーションデータによると、最初に湾曲したカンチレバー構造は、完全に真っ直ぐなカンチレバー構造よりも高い曲げと感度レベルを持っていました。

ここ数十年にわたり、マイクロ流体技術はさまざまな用途に広く使用されてきました。 この種のセンサーは、少量のサンプルを使用できるため、物質や粒子などのさまざまな対象物の分離、反応、検出などの操作を実行するための有用なデバイスとして注目を集めています。 この技術は、薬物送達、DNA/遺伝子分析、ラボ・オン・チップ (LOC) またはオルガン・オン・チップ、マイクロリアクター、およびマイクロトータルによる疾患の診断などの生物医学的応用にも使用されています。分析システム（μTAS）1. この技術は、家庭用妊娠検査、ウイルス高速検査（HIV、単純ヘルペス、新型コロナウイルス感染症、A型、B型、C型肝炎など）、血糖検出などの市販製品にも適用されます2、3。

特に粒子の選別と分離、フローサイトメトリー、フロー混合、化学合成、ポリメラーゼ連鎖反応 (PCR)6 などの用途では、流れの変動が製品の故障を直接引き起こす 1,4,5 ため、マイクロ流体システムにおける安定した液体の流れは非常に重要です。 。 この目的には、コリオリ質量流量計と精密シリンジポンプがよく使用されます。 ただし、かさばるサイズ、高コスト、およびマイクロチップへの複雑な接続によって制限されます7。 したがって、微小電気機械システム (MEMS) は、流量センサーを小型化する手段として研究者によって提案されています。 MEMS ベースのフロー センサーは、低消費電力、高精度、短い応答時間、携帯性、費用対効果の高さにより、マイクロ流体システムでの使用に最適です1。

MEMS フロー センサーは、熱式または非熱式のいずれかです。 熱流量センサーは、感度が高いため、マイクロ流体システムで使用される最も市販されているデバイスです3。 Kim et al.8 は、電極を加熱および感知してマイクロチャネル内の熱分布を測定することによって液体の流量を決定しました。 Zhao ら 7 は、熱励起に基づいた熱飛行時間型センシング マイクロチップを開発しました。 熱拡散率が高いため、マイクロチャネルを介した熱損失は、生細胞などの特定の用途にとって危険であり、センサーの不適切な応答を引き起こす可能性があります9。 マイクロ波共振器の伝導率の変化に基づく流量測定4、イオン伝導率の変化を測定する電気化学センサー9、トレーサーとして気泡を使用するマイクロバブル画像流速測定10、マイクロ/ナノファイバーを使用する光流体流量計11などの非熱式流量センサーも利用可能です。そして、液滴生成の周波数を電気的に検出することによって動作するデジタルボリュームディスペンシングシステム12。