【本学研究者情報】

〇学際科学フロンティア研究所 新領域創成研究部
准教授　郭媛元 （Yuanyuan Guo）
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

• 細胞や粒子の混合や分離に利用する目的の三次元らせん流路からなる微小遠心機を、熱延伸法^（注1）を用いて容易に製造できる手法を確立しました。
• 数値流体力学解析に基づいたシミュレーションと三次元流速分布計測実験において、ともにディーン渦^（注2）の形成を確認し、実用化できる可能性を示しました。
• 新たな流体の統合制御が可能となることで、革新的な生体分析方法への道が拓けると期待されます。

【概要】

マイクロ流体技術はマイクロリットルスケールの流体を操作し応用する手法で、生命科学や化学、材料工学など多岐に渡る分野で利用されています。その中でも慣性力を利用して細胞や粒子のサイズによって分離したり混合したりするらせん型のマイクロ流路は、低コストで運用が容易なため、研究や実用現場で広く応用されています。

従来のマイクロ流体デバイスの多くは平面基板上に半導体製造技術のリソグラフィ^（注3）によって作製されています。しかし流路形状を細かく制御できる反面、材料の選択制限や製造工程の複雑さ、平面構造に限定されるといった課題が存在します。

東北大学学際科学フロンティア研究所の郭媛元准教授と工学部学部生の加藤駿典氏（学際研ジュニアリサーチャー）、沖縄科学技術大学院大学（OIST）のエイミー・シェン教授とダニエル・カールソン博士（当時研究員）で構成された学際的な研究チームは、これらの課題を解決するために、光通信ファイバーの製造技術である熱延伸法を改良し、卓上型回転熱延伸法（mini-rTDP）を開発しました。そしてこの新たな手法を利用して、三次元らせん型微小流路を持つポリマーファイバーを開発することに成功しました。

本研究成果は、学術誌Microsystems and Nanoengineeringに2024年1月22日付で掲載されました。本研究は主に沖縄科学技術大学院大学（OIST）SHINKAプログラム、東北大学のSHINKAのマッチングファンドの支援を受けて実施されました。

【用語解説】

注1. 熱延伸法：
様々な材料を加熱しながら引き伸ばして、非常に細かい構造を持つファイバーを作る技術。金属、複合材料、ポリマーなど、異なる種類の材料を組み合わせることができます。まず、必要な材料を使って最終製品の原型となる大きな中間製品のプリフォームを作ります。このプリフォームを加熱しながら引き伸ばすことで、電気的、化学的、光学的な機能を持つ、長さ数百メートルの非常に細いファイバーを製造することが可能です。このプロセスは「金太郎飴」を作る方法に似ています。

注2. ディーン渦：
曲がった管内を流れる流体で生じる特有の渦で、流体が曲がった管を流れる際に受ける遠心力によって形成されます。管の内側と外側で流体の速度が異なるため、管の断面に沿って対称的な渦が発生します。この現象はマイクロ流体や化学工学、生物医学の研究で重要な役割を果たし、流体の混合や物質の分離などに利用されます。

注3. リソグラフィ：
半導体製造の工程の一つで、非常に小さな電子回路のパターンをシリコンウェハー（半導体の基盤となる薄い円盤）上に作り出す技術。光や電子線を使って、特定のパターンをウェハーに転写します。このプロセスにより、コンピュータチップなどに使われる微細な回路が形成されます。

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学学際科学フロンティア研究所
新領域創成研究部
准教授　郭 媛元 （Yuanyuan Guo）
電話: 022-795-5768
Email: yyuanguo*fris.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（報道に関すること）
東北大学学際科学フロンティア研究所
企画部
特任准教授　藤原 英明 （ふじわら ひであき）
電話: 022-795-5259
Email: hideaki*fris.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）