51探花

【本学研究者情报】

〇学際科学フロンティア研究所　准教授（ディスティングイッシュトアソシエイトプロフェッサー）　郭 媛元

【発表のポイント】

• 回転型热延伸技术^（注1）を用いて、「ねじれ型」叁次元マイクロ流路を多机能ファイバー内部に连続的に形成することに成功しました。
• 高い混合効率と低圧力损失を両立するマイクロミキサー^（注2）を実现し、その性能を数値シミュレーションと実験で実証しました。
• 「ねじれ」构造が生み出す旋回流と、「螺旋」の远心力が生み出す涡により、混合が大幅に促进されることを解明しました。

【概要】

髪の毛ほどの细さの流路で微量の液体を精密に操作する「マイクロ流体デバイス」は、生命科学、化学、材料工学、医疗诊断など幅広い分野で注目されています。なかでもマイクロミキサーは、复数の试薬を迅速かつ均一に混合する重要な构成要素です。しかし、マイクロ流路内では液体が层流^（注3）として流れるため自然には混ざりにくく、高効率な混合には复雑な流れを生み出す叁次元构造が必要です。一方、従来技术では叁次元マイクロ流路の作製が难しく、量产性、形状设计の自由度、他の机能との统合が大きな课题となっていました。

东北大学学际科学フロンティア研究所?大学院医工学研究科の郭媛元准教授と工学部電気情報物理工学科の加藤駿典学部生（研究当時?学際科学フロンティア研究所ジュニアリサーチャー）を中心とした、沖縄科学技術大学院大学、フランスINSA Lyonとの国際共同研究チームは、この課題を解決するために、回転型热延伸技术を用いて、「ねじれ型」三次元ファイバーマイクロミキサーの開発に成功しました。 開発したマイクロミキサーは、75 %以上の高い混合効率と低圧力損失を両立し、その優れた性能を数値シミュレーションと実験の両面から実証しました。

本研究成果は、学術誌ACS Applied Materials & Interfacesに2026年8月31日付で掲載されました。

【用语解説】

注1. 回転型热延伸技术
材料を加熱して柔らかくした状態で引き伸ばすことで、センチメートルサイズの材料を、設計した断面構造を保ったまま、マイクロメートルからナノメートルサイズまで細く加工できる製造技術。もともとは光ファイバー製造に用いられてきたが、近年では電極やセンサー、流路など複数の機能を一本の柔軟なファイバー内に集積できる技術として発展してきた。本研究では、延伸中にプリフォームを回転させる「回転型热延伸技术」を用いることで、ファイバー内部にねじれた三次元マイクロ流路を連続的に形成した。

注2. マイクロミキサー
数マイクロメートルから数百マイクロメートルの极小な流路（マイクロ空间）を利用し、液体や気体を瞬时にかつ均一に混合?反応させるための装置。マイクロメートルは、1ミリメートルの1000分の1の大きさ。

注3. 層流
流体が乱れることなく、规则正しく整った状态で流れる流れ方。流体の各部分が互いに混ざり合わず、层状に并んで滑らかに进むのが特徴で、レイノルズ数が小さいときに现れる。

【论文情报】

タイトル：Programmable Twisted Microchannels in Polymer Fibers via Rotational Thermal Drawing for Enhanced Micromixing
著者：Shunsuke Kato*, Danessia Zan, To-En Hsu,
Ricardo Arturo Lopez de la Cruz, Tomoki Saizaki, Jér?me Adrien, Eric Maire,
Amy Q. Shen, Yuanyuan Guo*
*责任着者：
东北大学学际科学フロンティア研究所 新領域創成研究部
東北大学大学院医工学研究科 バイオファイバー医工学分野
准教授 郭媛元
东北大学工学部电気情报物理工学科
加藤骏典（学际科学フロンティア研究所ジュニアリサーチャー）
掲載誌：ACS Applied Materials & Interfaces
顿翱滨：

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（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
准教授（ディスティングイッシュトアソシエイトプロフェッサー）
郭 媛元
TEL: 022-795-5768
Email: yyuanguo*fris.tohoku.ac.jp （*を@に置き換えてください）

（报道に関すること）
东北大学学际科学フロンティア研究所
企画部　広报担当
Email: fris-pr*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）