流体工学が光の波長より小さいナノ空間へと進展している。空間サイズが数100 nm以下になると液体の物性変化など様々な特異現象が発現するため、この空間の物質輸送を明らかにする超解像度（10 nm分解能）の流速分布計測が重要となる。本研究では、レンズの結像で問題となる球面収差を活用して、非焦点領域の粒子像からナノ粒子の位置を10 nm分解能で検出するデフォーカス・ナノ粒子画像流速計（PIV）を開発した。球面収差を伴うナノ粒子の非焦点像の特性を明らかにして、計測システムを構築することで、ナノ空間の圧力駆動流における粒子速度分布計測を実現した。ナノ流体工学をはじめ様々な分野への波及効果が期待される。
The field of fluid engineering has expanded to nanospaces smaller than the light wavelengths. When the space size becomes smaller than 1000 nm, various specific phenomena such as changes of liquid properties appear. Therefore, super-resolution measurements of flow velocity distribution with 10 nm spatial resolution become important for understanding of transport phenomena in nanospaces. In this study, by utilizing spherical aberration, which is a problem in the imaging, we developed defocusing nano-particle image velocimetry (PIV) to determine the position of nanoparticles with 10 nm spatial resolution based on particle images in the defocused region. Characteristics of defocused nanoparticle images with spherical aberration was revealed and a measurement system was constructed. We realized measurements of velocity distribution of nanoparticles migrating with pressure-driven flow in nanospace. This work will greatly contribute to advancements of various fields such as nanofluidics.

研究種目 : 基盤研究 (B) (一般)
研究期間 : 2019～2021
課題番号 : 19H02061
研究分野 : マイクロ・ナノ流体工学