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研究者総覧

詳細

松本　潔 (マツモト　キヨシ)

  • 理工学部機械工学科　教授
  • 工業技術研究所　研究員
  • 理工学研究科機能システム専攻　教授
Last Updated :2024/04/23

研究者情報

学位

  • 博士（工学）

ホームページURL

科研費研究者番号

  • 10282675

J-Global ID

研究キーワード

  • 知能機械システム   力覚センサ   MEMS   3次元微細構造   触覚センサ   人間機械システム   熱流速センサ   SPR   知能化金型   ネガティブコンプライアンス   

研究分野

  • 情報通信 / 機械力学、メカトロニクス
  • 情報通信 / ロボティクス、知能機械システム
  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 機械要素、トライボロジー
  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 設計工学
  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 加工学、生産工学
  • ナノテク・材料 / ナノマイクロシステム

経歴

  • 2016年 - 現在  東洋大学教授
  • 2006年 - 2016年  東京大学教授
  • 2000年 - 2006年  東京大学助教授
  • 1995年 - 2000年  東京大学助手
  • 1987年 - 1995年  日立製作所 中央研究所 研究員

学歴

  • 1985年04月 - 1987年03月   東京大学大学院   工学系研究科   産業機械工学専攻
  • 1980年04月 - 1985年03月   東京大学   工学部   機械工学科

所属学協会

  • 応用物理学会   計測自動制御学会   日本ロボット学会   日本機械学会   

研究活動情報

論文

書籍

  • 畑村洋太郎編著; 実際の設計研究会著 (担当:共著範囲:)日刊工業新聞社 2017年03月 ISBN: 9784526076794 xvi, 470p
  • 松本 潔; 実際の設計研究会 (担当:単著範囲:)日刊工業新聞社 2015年02月 ISBN: 4526073601 328
  • 実際の設計 改訂新版 機械設計の考え方と方法
    畑村洋太郎編著; 実際の設計研究会著 (担当:共著範囲:)2014年
  • 実際の設計 第7巻 成功の視点
    畑村洋太郎編著; 実際の設計研究会著 (担当:共著範囲:)2010年
  • マイクロ・ナノ熱流体ハンドブック
    マイクロ・ナノ熱流体ハンドブック編集委員会 (担当:共著範囲:)2006年
  • 実際の設計 第６巻 技術を伝える
    畑村洋太郎編著; 実際の設計研究会著 (担当:単著範囲:)2006年
  • 実際の設計 第５巻 こう企画した
    畑村洋太郎編著; 実際の設計研究会著 (担当:共著範囲:)2004年
  • 実際の設計 第４巻 こうして決めた
    畑村洋太郎編著; 実際の設計研究会著 (担当:共著範囲:)2002年
  • 実際の設計
    畑村洋太郎編著; 実際の設計研究会著 (担当:共著範囲:)1999年
  • 実際の情報機器技術 情報機器の原理・設計・生産・将来
    畑村洋太郎; 中尾政之編著 (担当:共著範囲:)1998年
  • 続々・実際の設計 失敗に学ぶ
    畑村洋太郎編著; 実際の設計研究会著 (担当:共著範囲:)1996年
  • 東京大学機械工学１ 情報機器技術
    畑村洋太郎編 (担当:共著範囲:)1993年
  • 設計の原理－創造的機械設計論－
    NPスー著; 畑村洋太郎監訳 (担当:共訳範囲:)1992年
  • 続・実際の設計 機械設計に必要な知識とデータ
    畑村洋太郎編著; 実際の設計研究会著 (担当:共著範囲:)1992年

講演・口頭発表等

  • 高畑智之; 松本潔; 下山勲
    日本ロボット学会学術講演会予稿集(CD-ROM) 2015年09月
  • NGUYEN Thanh‐Vinh; 高橋英俊; 松本潔; 下山勲
    電気学会フィジカルセンサ研究会資料 2015年07月
  • 竹井裕介; 鈴木智絵; 野田堅太郎; 高畑智之; 松本潔; 下山勲
    電気学会バイオ・マイクロシステム研究会資料 2015年05月
  • 海法克享; 高橋英俊; 富松大; 小林健; 松本潔; 下山勲; 伊藤寿浩; 前田龍太郎
    精密工学会大会学術講演会講演論文集 2015年03月
  • 菅哲朗; 磯崎瑛宏; 神田夏輝; 根本夏紀; 小西邦昭; 五神真; 松本潔; 下山勲
    応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM) 2015年02月
  • 磯崎瑛宏; 高橋英俊; 田村洋人; 高畑智之; 松本潔; 下山勲
    応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM) 2015年02月
  • 竹井 裕介; 田中 遼平; 中井 亮人; 高畑 智之; 松本 潔; 下山 勲
    シンポジウム: スポーツ・アンド・ヒューマン・ダイナミクス講演論文集 2014年10月 
    In this research, we measured the force acting on tip of the finger when rugby player throwing spin pass. We put five sensors on the fingers. The sensor can measure three axis force (pressure and two axis shear force). Three examinee, which rugby experiences were varied from 13years to none-experience, threw spin passes three times each and the ball moving speed and rotating speed were measured. From the data analysis, 13-years-experienced rugby player threw the ball concentrating the force in 0.04 seconds just before releasing the ball to increase the rotating speed.
  • 高橋 英俊; 松本 潔; 下山 勲
    年次大会 : Mechanical Engineering Congress, Japan 2014年09月 
    This paper reports on measurement of ground reaction forces (GRFs) of ant legs during running on level ground, vertical wall and ceiling. Micro force plate array is designed and fabricated to measure anterior and vertical directional forces. Thus, GRF of all legs in the various ground angles can be detected simultaneously. The size and force resolution are 2000 μm × 1000 μm × 20 μm and 1 μN, respectively. The measurement results show that ants use different GRF distribution in three types of terrestrial locomotion. In every types of locomotion, the ant was affected by the gravity reaction force, which was totally equal to the body weight. The gravity reaction force was approximately equal to each leg during running on level ground and ceiling. The gravity reaction force during ceiling was thought to be generated by the adhesion force of sub-micron scale hairs on the tip of the legs. The measured GRF distribution clarified that ants use the different strategies of running mechanism depending on the angle of the ground against the horizon plane.
  • 菅哲朗; 松本潔; 下山勲; 安食嘉晴
    電気学会マイクロマシン・センサシステム研究会資料 2014年05月
  • 磯崎瑛宏; 菅哲朗; 高橋英俊; 根本夏紀; 小西邦昭; 五神真; 松本潔; 下山勲; 神田夏輝
    電気学会マイクロマシン・センサシステム研究会資料 2014年05月
  • 風間 涼平; 高橋 英俊; 平川 真之介; 高畑 智之; 松本 潔; 下山 勲
    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集 2014年05月 
    We measured the differential pressures of an ornithopter whose stroke trajectory was a figure of eight. Simultaneously, we visualized the flow around wing surface, and analyzed the differential pressures to connect it. To measure the pressure, we attached a MEMS differential pressure sensor on the wing surface. We designed the ornithopter which could operate a flapping motion and a lead-lag motion at the same time. The ornithopter worked by an electric motor and its flapping frequency was 6-8 Hz. The consequence of this experiment suggests that the peak of the differential pressures and the vortex around wing surface occuur at the same time during the flapping.
  • 石堂 寛士; 堀 正峻; 中井 亮仁; 高畑 智之; 松本 潔; 下山 勲
    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集 2014年05月 
    In this paper, we report a method to measure the force of a spike pin in running. To measure the force of the spike pin, we fabricated a spike-pin-shaped sensor using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) 3-axis force sensor chip. The sensor consisted of a 2 mm square 3-axis force sensor chip and spike-pin-shaped epoxy resin which covered the sensor chip. The sensor was attached on a position of big toe on the right spike shoe to measure 3-axis forces when the subject was walking at 4.0 km/h and 5.2 km/h, and running at 9.2 km/h. Among 3-axis forces, the vertical component was the largest, the propulsive component was second largest, and left-right component was the smallest. The direction of impulse was upward, forward, and leftward. The faster the gait speed was, the larger the resultant force was.
  • 青木 亮; 金子 智則; Minh-Dung Nguyen; 高畑 智之; 松本 潔; 下山 勲
    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集 2014年05月 
    We have proposed the high sensitive device that can detect high frequency spectrum of mechanomyogram. The study of high frequency spectrum of mechanomyogram has been superficial because such a sensitive transducer has never been developed. Acoustic impedance matching and a differential pressure sensor are the key to solve this problem. We fabricated two sensors to compare frequency characteristic, one with acoustic impedance matching and the other without it. The result of the experiment was that SN ratio of the sensor with acoustic impedance matching was about up to 700 times larger than that of the sensor without acoustic impedance matching. In addition to this, we were able to measure mechanomyogram using the sensor with acoustic impedance matching and found that up to approximately 1 kHz spectrum of mechanomyogram was detected.
  • 大門 真; 藤川 久喜; 野田 堅太郎; Nguyen Binh-Khiem; 松本 潔; 下山 勲
    電子情報通信学会総合大会講演論文集 2014年03月
  • 大門真; 藤川久喜; 野田堅太郎; BINH‐KHIEM Nguyen; 松本潔; 下山勲
    電子情報通信学会大会講演論文集(CD-ROM) 2014年03月
  • 磯崎瑛宏; 菅哲朗; 高野恵介; 萩行正憲; 松本潔; 下山勲
    応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM) 2014年03月
  • 海法克享; 高橋英俊; 富松大; 小林健; 松本潔; 下山勲; 伊藤寿浩; 前田龍太郎
    精密工学会大会学術講演会講演論文集 2014年03月
  • 竹井裕介; 田中遼平; 中井亮人; 高畑智之; 松本潔; 下山勲
    日本機械学会シンポジウム:スポーツ・アンド・ヒューマン・ダイナミクス(CD-ROM) 2014年
  • 海法克享; 高橋英俊; 富松大; 小林健; 松本潔; 下山勲; 伊藤寿浩; 前田龍太郎
    センサ・マイクロマシンと応用システムシンポジウム(CD-ROM) 2014年
  • 磯崎瑛宏; 菅哲朗; 高橋英俊; 松本潔; 下山勲
    センサ・マイクロマシンと応用システムシンポジウム(CD-ROM) 2014年
  • 竹井裕介; 青木亮; 金子智則; 松本潔; 下山勲
    センサ・マイクロマシンと応用システムシンポジウム(CD-ROM) 2014年
  • 野田 堅太郎; 松本 潔; 下山 勲
    「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 電気学会センサ・マイクロマシン部門 [編] 2013年11月
  • 高畑 智之; 松本 潔; 下山 勲
    「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 電気学会センサ・マイクロマシン部門 [編] 2013年11月
  • 中井 亮仁; 永野 顕法; 高橋 英俊; 松本 潔; 下山 勲
    シンポジウム: スポーツ・アンド・ヒューマン・ダイナミクス講演論文集 2013年11月 
    We proposed a wireless measurement system of 3-axis stress distribution at a human sole by using small and thin 3-axis force sensors. The sensor chips 2mm square made by using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technologies were mounted on the flexible printed circuit board, wire-bonded and buried in silicone rubber by injection molding to fabricate 3-axis force sensors. After the calibration for crosstalk compensation, these sensors were placed on the insole at the heel, thenar and hypothenar. The 3-axis stress distribution was measured in going up and down stairs. The output signals from sensors were amplified 100 times with Wheatstone bridges and differential amplifiers, converted to digital signals and wirelessly transmitted to PC with a Bluetooth module on the CPU board. Measured data which comprised pressure, shear stress of front-back direction and shear stress of lateral direction were compared with the data in level walking, and were consistent with the somatic sensation of the human subject.
  • 竹井 裕介; 野田 堅太郎; 河合 利彦; 舘村 卓; 外山 義雄; 高井 めぐみ; 松本 潔; 下山 勲
    シンポジウム: スポーツ・アンド・ヒューマン・ダイナミクス講演論文集 2013年11月 
    In this research, we fabricated triaxial force sensors which can measure tongue activities. In order to analyze the role of tongue activity of front part (anterior tongue) and back part (posterior) of the tongue, we fixed two triaxial force sensors to the palate. Our triaxial force sensors also have temperature sensors, which can measure the temperature change in the mouth so that temperature drift of the force sensors output can be compensated. In the liquid-swallowing experiment, pressure and shear force distributions were observed to clarify tongue motion. We measured and calculated anterior and posterior tongue activities during swallowing, and found that anterior tongue activity was larger than posterior tongue activity. These results indicated that the anterior tongue works as an anchor and the posterior tongue works as an actuator which transports the food or liquid to the throat.
  • 田村洋人; 高橋英俊; 高畑智之; 松本潔; 下山勲
    電気学会フィジカルセンサ研究会資料 2013年08月
  • 鈴木崇大; 市川安孝; 高畑智之; 松本潔; 下山勲
    電気学会マイクロマシン・センサシステム研究会資料 2013年08月
  • 松井一真; 稲葉亮; 竹井裕介; 高畑智之; 松本潔; 下山勲
    電気学会マイクロマシン・センサシステム研究会資料 2013年08月

MISC

産業財産権

受賞

  • 2016年01月 IEEE MEMS2016 Outstanding Student Paper Award Finalist
     Measurement of jumping force of a fruit fly using a mesa structured force plate 
    受賞者: 古谷龍;高橋英俊;グェンタンヴィン;矢野朋子;伊藤啓;高畑智之;松本潔;下山勲
  • 2015年10月 電気学会 電気学会センサ・マイクロマシン部門平成27年度総合研究会優秀論文発表賞
     液滴の滑りメカニズムを解明するためのMEMS力センサ 
    受賞者: グェンタンヴィン;高橋英俊;松本潔;下山勲
  • 2015年04月 電気学会 電気学会優秀論文発表賞
     金回折格子によるSPRを用いた近赤外Siディテクタアレイ 
    受賞者: 菅哲朗;安食嘉晴;松本潔;下山勲
  • 2014年06月 電気学会 電気学会センサ・マイクロマシン部門平成26年度総合研究会優秀論文発表賞
     サブミクロンギャップを有するMEMS可変メタマテリアルの製作と設計 
    受賞者: 磯崎瑛宏;菅哲朗;高橋英俊;根本夏紀;小西邦昭;五神真;松本潔;下山勲
  • 2013年 日本時計学会青木賞
     分光画像計測のための可変波長マイクロ光フィルタの設計 
    受賞者: 土肥徹次;松本潔;下山勲
  • 2009年 エレクトロニクス実装学会(JIEP) ベストペーパー賞
     Nano-Mechanical Structure Fabrication Technology for Highly Integrated, Complex MEMS 
    受賞者: Tetsuo Kan;Yusuke Takei;Hiroaki Onoe;Eiji Iwase;Tetsuji Dohi;Kiyoshi Matsumoto;Isao Shimoyama
  • 2006年 IEEE Lasers and Electro-Optics Society LEOS-Newport/Spectra-Physics Annual Student Paper Awards First Place
     Mechanical Tuning of 2D Photonic Crystal with MEMS-based Electrostatic Actuator 
    受賞者: Tomoyuki Takahata;Kiyoshi Matsumoto;Isao Shimoyama

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 文部科学省：科学研究費補助金(挑戦的萌芽研究)
    研究期間 : 2015年 -2017年 
    代表者 : 松本 潔
     
    本研究では、対象の滑りやすさを計測するため、柔らかな弾性体構造を用いた局所滑り生成構造を実現し、圧力と２方向のせん断力を検出する３軸触覚センサと組み合わせて、接触面内の２軸方向の摩擦係数を計測する摩擦係数センサの開発を行った。ナイロンテグスの細毛構造による摩擦係数センサ、弾性体の局所滑りによる摩擦係数センサを開発し、摩擦係数の検出が可能であることを確認した。非線形な感度特性を持つ検出構造として、ローレンツ力により剛性可変のカンチレバー検出構造を評価した。さらにアプリケーションとして、摩擦係数を検出できるロボット用の足構造や、路面との摩擦係数やスリップを検出できるタイヤの研究開発を行った。
  • 文部科学省：科学研究費補助金(基盤研究(B))
    研究期間 : 2014年 -2016年 
    代表者 : 松本 潔
     
    本研究では、テラヘルツ波やミリ波の波面を制御するため、誘電体材料として液体を使用し、その形状を動的に変形させることで誘電体の厚みを変えて誘電率分布を制御するデバイスの研究開発を行った。MEMS技術を用いて、液体の厚みを大変形することができる流路付き液体アクチュエータデバイスを考案し、特性評価を行った。また、誘電率分布による電磁波の波面変形の解析を行い、波面の偏向、収束が行えることを確認した。さらに機能性デバイスとして、MEMS液体デバイスを応用した可変超音波レンズや、微細構造による波面制御デバイス等の研究開発を行った。
  • 文部科学省：科学研究費補助金(挑戦的萌芽研究)
    研究期間 : 2012年 -2014年 
    代表者 : 松本 潔
     
    非線形材料として、粘性液体であるシリコーンオイル中にピエゾ抵抗ヒンジ部を持つカンチレバー構造を封止し、それをパリレンで封止してPDMSに埋め込む形式の3軸力センサの研究を行った。4つの検出部を田形に配置することで、圧力と2方向の剪断力を検出できる。気液界面にカンチレバーが配置されているので機械的共振の影響を受けず、1MHz以上の広帯域での力の検出ができた。非線構造として液体を封入したコンデンサ構造を用いたフレキシブル三軸力センサの研究開発を行った。対抗配置した電極によりコンデンサを形成し、その間に誘電材料としてイオン性液体を封入する。静電容量変化により圧力を検出する。やはり4つの検出部を田形に配置することで、圧力と2方向の剪断力を検出できた。金コーティングされたマイクロピラミッドのアレイを用い、抵抗体に押圧する方式の高感度の圧力センサの研究を行った。ピラミッドへの圧力の増加によって接触面積が増加し、非線形な応答を示す。圧力を0～5kPaでかけたところ、感度が-0.6～-0.05st./kPaで変化することを確認した。微小な信号を検出するための回路として、ピエゾ抵抗を用いたカンチレバー用に、同期検波を用いた検出回路を試作した。1kHzで変調をかけて信号検出を行い、10nV/sqrt(Hz)程度の雑音レベルでの検出が可能となった。また複数のカンチレバーの出力情報を同時に処理するため、マトリクス配線を用いた信号検出回路を試作した。通常19本の配線が必要な18個のカンチレバーに対して、7本の配線での検出が可能であることを確認した。
  • 文部科学省：科学研究費補助金(基盤研究(B))
    研究期間 : 2011年 -2013年 
    代表者 : 松本 潔
     
    本研究では、液体上に有機膜を直接蒸着し封止する手法を用いて、液体を機能要素として持つマイクロデバイスの研究開発を行った。封止技術の確立に関して、有機膜の厚さにより物質の透過性を制御する手法、また振動場を用いて液体含浸ビーズ上に有機膜を蒸着する手法を開発した。また機能性デバイスとして、微小環境計測用機能性マイクロビーズ、イオン液体ゲートトランジスタガスセンサ、熱音響水中超音波発信デバイスの研究開発を行った。
  • 文部科学省：科学研究費補助金(基盤研究(A))
    研究期間 : 2010年 -2013年 
    代表者 : 下山 勲; 松本 潔; 菅 哲朗; 竹井 裕介; 野田 堅太郎; 高橋 英俊
     
    細胞に対して力学的刺激を定量的に再現性よく加えることが可能な3軸ピエゾ抵抗型MEMSカンチレバーの研究開発を行った。カンチレバーはSOI基板上で製作され、カンチレバーの表面及び梁の側面にピエゾ抵抗層を形成することで、3方向の歪みを同時に検出可能となるよう設計した。3軸方向それぞれに対して、1 μN以下の分解能で力を独立して計測可能なデバイスを実現した。
  • 文部科学省：科学研究費補助金(基盤研究(A))
    研究期間 : 2005年 -2008年 
    代表者 : 下山 勲; 星野 一憲; 松本 潔
     
    機能性膜タンパクであるバクテリオロドプシンとMEMSを融合することにより、光センサアレイを実現した。実現した光センサは、低温プロセスによりプラスチックフィルム上に製作でき、低コストで柔軟であるという特徴を持つ。本研究を実現する過程で、膜タンパクの選択的パターニング技術の確立、膜タンパクと低温有機材料プロセスの両立、印刷技術によるパターニング技術の確立を実現した。平面の状態だけでなく曲げた状態で光画像パターンを検出でき、柔軟な光センサアレイとしての機能を持つことを示した。
  • 文部科学省：科学研究費補助金(基盤研究(B))
    研究期間 : 2006年 -2007年 
    代表者 : 松本 潔
     
    平成18年度は、シリコンを材料としたMEMS構造と近赤外光を用いたSPRセンサの基本特性評価、SPR角検出方法の検討を行なった。■シリコン構造と近赤外光を用いたSPRの基本特性評価a)可視光とBK7プリズム、b)近赤外光とBK7プリズム、C)近赤外光とシリコンプリズム、の3つの組み合わせでのSPR曲線を数値計算によって求めた。可視光の波長は630nm、近赤外光は1550nmとした。分解能を評価するための指標として、水を試料としたときのSPRディップの半値幅wを,水とエタノールのSPR角の差で割った値を用いた。その結果、a)では1.60であった値が、b)、c)ではそれぞれ0.072、0.083となり、近赤外光を用いることで高分解能のSPRセンサが実現できることが確認できた。さらに実際にBK7プリズムとシリコンプリズムを用い、水とエタノールを試料として近赤外SPR計測を行った。試料の誘電率変化によって理論通りにSPR角が変化することを確認した。■角度スキャン機構部および検出方式の検討入射角走査方法として、ローレンツ力で駆動するフラップを検討した。さらにフラップと小型シリコンプリズムセンサを一体化した小型SPRセンサを実現した。また表面ナノ構造によって励起される1次SPR角がナノ構造のピッチによって制御可能であることを見出し、センサとしての利用方法を提案した。実際にシリコンプリズムSPRセンサの厚さ280μmの金膜表面に、厚さ100nm、ピッチ430nmのグレーティング構造を形成することで、1次SPRを利用したSPRセンサを実現した。
  • 文部科学省：科学研究費補助金(萌芽研究)
    研究期間 : 2005年 -2006年 
    代表者 : 星野 一憲; 下山 勲; 丸山 茂夫; 松本 潔
     
    カーボンナノチューブの成長方向・量を制御する要因として,電界の方向のほかに,ガスの流れ方向および流速が考えられる。望ましい位置にカーボンナノチューブを成長させる方法の一つとして,MEMS微細構造を利用した流れ制御が有効であると考えられる。シリコン基板上に微細流路をつくり,流路幅の変化によって流速を制御し,カーボンナノチューブ成長量と流速の関係を調べた。その結果,流速が早いほど,カーボンナノチューブの成長は活発になるが,流路壁面に成長するナノチューブの成長方向とガス流れ方向の間には顕著な相関がないことが明らかになった。ここでは,通常の流体と希薄気体と境界にあたる流れ条件を与える反応管内で実験を行った。ここで,反応ガスの圧力を下げ,希薄気体としての仮定が成立する条件で反応を行なえば,壁面におけるすべりが生じるため,ガス方向とナノチューブ成長方向との間の関係が観察されるようになる可能性がある。また,カーボンナノチューブ成長をリアルタイムで計測するための微小カンチレバーを製作し,反応炉をピエゾアクチュエータによって外部から加振することによって内部のカンチレバーの振動の周波数応答を計測することができた。これにより,カンチレバー自体に静電アクチュエータなどの駆動方法を集積することなく計測環境が得られることがわかった。これにより,製作可能なカンチレバー特性の自由度が大幅に増し,様々なカーボンナノチューブの成長条件に適したカンチレバーを製作することができる。
  • 文部科学省：科学研究費補助金(萌芽研究)
    研究期間 : 2005年 -2006年 
    代表者 : 市川 保正; 下山 勳; 星野 一憲; 松本 潔
     
    本研究の目的は,外場を用いてマイクロ粒子を操作し,リボソームの機能発現を制御する事にある.このために,前年度までの基礎実験の結果を基に実験装置の設計製作を行い,実際にPHなどを制御する実験系の構築を行った.これによって,試験溶液として生体由来物質(脂質等),ナノ粒子,イオン溶液などを含むものを用い,濃縮・濃度調整を行うことが可能になった.また,構築した顕微鏡システムを用いて,リボソームの破膜がUV照射により可能なことを実験的に確かめ,マイクロチャンバー内で破膜の実験を行った.この結果,実際に内包したインクの漏洩を確認し,破膜制御が可能であることを明らかにした.さらに,ジャイアントリポソームの調製技術を確立し,小胞リポソーム,ナノ粒子,蛍光粒子,インクなどを内包させ置換によって外部溶液と異なるように制御する方法も確立した.これらの成果を基にして,複数のリポソームに異なる溶液を内包させ,これをマイクロチャネル内のチャンバーにおいて会合させ破膜・混合させる実験を行っており成果の一部を本年10月のμTASの国際会議(in Paris, FRANCE on 7-11 October 2007.)において公表する予定である.(投稿中)以上の本年度の研究によって機能性リボソームの調整に対する研究の基礎的な部分はほぼ予定通り終了した.今後の課題としては,時間的制約によって十分に進展しなかった,マイクロ構造物の内包と表面にナノ粒子を吸着させる実験が残っているが,試験設備を利用してさらに発展させる予定である.
  • 文部科学省：科学研究費補助金(萌芽研究)
    研究期間 : 2004年 -2005年 
    代表者 : 下山 勲; 松本 潔; 星野 一憲
     
    本研究では、構造色の発色メカニズムを解明し、構造色の発色構造を再構築する。さらにMEMS技術を用いて、波長可変の発色機構を構築することを目的とする。平成16年度には、構造色の発色メカニズムの解明、構造色発色の評価手法の開発、および基本的な微細構造を用いた構造色の再構成を行なった。これを踏まえて平成17年度は、構造の制御により発色波長を変えられる可変構造色MEMSデバイスの試作を行った。・発色波長可変方法の検討波長オーダーの微細構造により構造色の再構成を実現できるが、構造の変形によって発色波長を変化させる方法では10%以上の変形が必要なため非常に困難である。一方、多層構造で隣り合う層の材質を変えることによって、バイステイブルな可変発色が可能である。これはディスプレイなどへの応用にも有用な方法である。表面の微細発色構造部にPDMSを接触させることで発色波長をバイステイブルに変化させる方法を実現し、評価を行った.・可変構造色MEMSデバイスの試作上下方向に可動するMEMSアクチュエータと組み合わせることにより、上部に配置したPDMS層との接触・非接触制御する可変構造色MEMSデバイスを試作した。1ドットを1mm角とした可変発色体をドッドマトリックス状に配置し、市松模様などいくつかのパターンの表示を実現した。これにより、構造色がMEMS技術を用いることで、高輝度・低消費電力な反射型ディスプレイへの応用展開が可能であることを示した。
  • 文部科学省：科学研究費補助金(萌芽研究)
    研究期間 : 2003年 -2004年 
    代表者 : 松本 潔; 福田 勝己; 下山 勲
     
    本研究の目的は、表面修飾した微細なパーツを用い、それを順序だてて組み立てて、任意の3次元構造体を作成する手法を探索することである。3次元構造の材料となる微小パーツとしては、シリコン基板を半導体プロセスにより加工し、直径10um程度の円柱形状を作成した。円柱の片面に金膜を蒸着し、さらにその上に自己組織化単分子膜(SAM)を形成した。これらの微小パーツを分散媒の中で撹拌し、ランダムな衝突を起こさせることにより、自己組み立てを行った。組み立て順序については、疎水性相互作用と静電反発力のバランスを、分散媒のpHを変えることにより、制御した。具体的には、pH=6.5程度では、単分子膜間には疎水性相互作用が働き結合が生じるが、単分子膜の形成されていないシリコン表面は帯電するため反発しあう。pH=2.0程度に下げると、シリコン表面の電荷が消失し、シリコン表面同士も結合するようになる。この手法を用いて、順序を付けなければ組立たない、鎖状の微細構造の組み立てに成功した。微小パーツ間の結合力を、定量的に評価するための計測システムを開発した。結合力の検出には、厚さ300nm、長さ350ミクロンの力計測カンチレバーを開発した。これは、サブnNの分解能を持ち、液体中で計測が可能である。このシステムを用いて、微小パーツの結合力を評価した結果、微小パーツ間の結合力が100pN/um^2程度であること、またpHを変えることで結合力が変化していることを確認した。
  • 文部科学省：科学研究費補助金(基盤研究(C))
    研究期間 : 2002年 -2004年 
    代表者 : 福田 勝己; 市川 保正; 松本 潔; 下山 勲; 星野 一憲
     
    本研究は,自己組織化単分子膜上にナノレベルのパターニングを行い,それがナノ光学素子作成に有効であることを示すものである.近年,ナノメートルオーダの分子レベルにおいて,自己組織化プロセスが注目されている.ナノオーダの構造を有する自己組織化単分子膜(SAMs : self assembled monolayer,以下SAM膜と称す)は,界面活性な有機物の極性部会と基板表面との相互作用によって分子が表面に吸着し,しかも非極性部分に働く分子間の相互作用によって分子同士が集合して整然と並ぶことで形成される膜である.このSAM膜の作製は,成膜しようとする表面を溶液に浸すことで高密度で充填した単分子膜が形成される.本研究では,SAM膜上にマイクロコンタクトプリンティング法によってナノオーダのパターニングを行い,親水・疎水性の区別が明確な極微細なパターンを創生すること,すなわち,数ミクロンから数百ナノのサイズの発光素子を製作し,高精細な未来の画像表示装置の発光素子としての有効性を示すことを目的とした.本研究は,安定した膜構造を有する自己組織化単分子膜に,微細なパターニング技術を融合する形で遂行したものであり,従来にはないような微細な,しかも安定したナノパターンが得られ,自己組織化単分子膜の表面の濡れ特性を利用することによって,超高解像度のディスプレーが実現できる.本研究では,精細な凹凸を持つシリコンゴムなどの材料にアルカンチオールなどを塗布し,基板表面の押し付けることによって,ナノオーダのパターニング精度を持つ単分子のパターンを形成した.コンタクトプリンティングと呼ばれるこの手法は,容易に大量生産等の産業技術への応用が可能である点も重要である.実験として親水部・疎水部を予めパターニングしておくことにより,親水部のみに選択的に導電性高分子膜を形成することができる.この手法をコンタクトプリンティングと組み合わせることで,ナノオーダの親水パターンに発光素子の有機材料を選択的に吸着させることが可能であり,直接SAM膜によって発光色素や光変調素子などをパターニングすることも可能である.すなわち,光の波長より小さい精度で光学素子を製作することができた.
  • 文部科学省：科学研究費補助金(基盤研究(A))
    研究期間 : 2001年 -2004年 
    代表者 : 下山 勲; 星野 一憲; 松本 潔
     
    本研究では,高分子材料,有機材料,たんぱく質など,従来のシリコンMEMS技術では用いられてこなかった新しい材料からなる微小知能機械の研究を行なった.有機発光材料に関しては,まず,MEMS構造によって圧力を加え,発光部の幅を数μm幅にパターニングする技術の研究を行なった.従来,シャドウマスクなどの方法で百μm程度でのパターニングが限界であったが,より微細な加工が可能となった.さらに,発光材料を基板からリリースされたMEMS構造の上にパターニングする方法についての研究を行なった.これによって,静電アクチュエータのような可動部品の上に発光部を作ることが可能となった.さらに,有機トランジスタによる電流増幅の方法の研究を行なった.従来のような平面型でなく,微小な立体構造を用いた縦型のトランジスタの試作に成功した.この方法を用いることで,ディスプレイや撮像装置などの動作効率を向上させることが可能と考えられる.さらに本年度は,高分子材料,有機材料半導体の研究に加え,大面積,低予算での製作を実現できる可能性のある材料として,感光性のたんぱく質である,バクテリオロドプシンを利用したデバイスの研究を行なった.静電気によるたんぱく質の電着と配向の制御に加え,基板表面の親水性・疎水性の制御によって,5μm程度の小さい領域にまでたんぱく質をパターニングできることがわかった.このたんぱく質を4x4の領域にパターニングすることにより撮像センサを作ることが出来た.上記の研究に加えて,皮膚のように柔軟で,様々な力の成分を検出することのできる触覚センサを試作した.この触覚センサは,センサ部分にはシリコン微小構造からなる歪センサを利用しているが,全体を柔軟なフィルム内に埋め込むことができる.このようなシリコンMEMSデバイスも,微小なチップ構造内に集積することで,柔軟な有機材料システムとの統合が可能である.
  • 文部科学省：科学研究費補助金(基盤研究(A))
    研究期間 : 2001年 -2004年 
    代表者 : 下山 勲; 星野 一憲; 安田 隆; 松本 潔
     
    本研究では,画像表示装置から出力される光情報を時系列のデータとして扱い,マイクロミラーを動的に制御することでその反射光を空間上に走査する.これにより,観察者の見る画像の解像度を落とすことなく空間分解能を上げることが可能となる.DMDのような反射型のミラーアレイを用いた立体視ディスプレイの研究は既に行なわれているが,反射型の場合光源とミラーアレイを向かい合わせに配置する必要があり,複雑な光学系及び一定以上の光路を確保する観点からシステムが大規模になる傾向がある.一方本研究では,画素と同サイズのマイクロミラーの両面を用いて反射させることで,ミラーアレイの直下に配置した光源からの光を透過させる構造となっている.これによりシステム全体をシンプルに,かつ薄型にすることが可能である.まず,外部磁場,及びローレンツ力により駆動されるマイクロミラーの設計を行ない,ミラー面のサイズが400μmx500μm,厚さが20μmのマイクロミラーを試作した.次に,一対の固定・可動ミラーのペアを用いてレーザ光線を空間上に走査し,多眼化が可能であることを示した.その後,マトリックス状に配置されたマイクロミラーアレイとLEDマトリックス,マイクロレンズアレイ等を組み上げることで,透過型立体視ディスプレイのプロトタイプを試作した.ディスプレイへの見込み角を変化させながら出射される光強度を測定することで,試作したプロトタイプが立体視ディスプレイとして適切な光強度分布を示していることを確認した.さらに,隣り合うミラー同士を逆位相で振動させるなど幾つかの駆動方法を実験し,特徴ある光強度分布が得られることも明らかにした.上記手法では表示画像の解像度を落とすことなく多眼化が実現できることから,このマイクロミラーアレイを大規模に集積することで,高解像度・高分解能な立体視ディスプレイが実現できることが示された.
  • 文部科学省：科学研究費補助金(基盤研究(C))
    研究期間 : 2002年 -2003年 
    代表者 : 市川 保正; 福田 勝己; 松本 潔; 下山 勲; 星野 一憲
     
    研究スケジュールとしては,2年間での研究を想定し,ナノ流動センサーを組み込んだ微小流路の試作,較正角流路試作とセンサーチップの性能評価および実際の流動制御実験を行い,マイクロ流路における流動特性を計測する.また,実験から得られた知見によって,マイクロ流路内の流動構造を明らかにするとともにナノ流動センサーによる制御システムをもつバイオシーケンサーチップに関する基礎的な知見を取得する.この研究計画に従って,14年度は深さ80μm,幅100μmの微小流路内にマイクロベンチュリ構造を設計し,圧力差を計測した.その結果,気泡を利用する圧力計やポンプでは気体の液相への溶解が無視できないこと,分岐流路の幅が本流路に較べてあまり小さくできないのでそちらへの流れの分岐が生ずることなど実際に流動制御を行うための基礎的な知見が得られた.15年度は14年度の成果をふまえて,マイクロ流動ポンプの設計製作,ナノ流動センサーの製作などを行った.実際の成果としては,流動制御用の電気浸透流ポンプを組み込んだマイクロミキサーを製作した.また,カーボンナノチューブ流動センサに関しても,シリコン微細構造の先端に,単層カーボンナノチューブを成長させる実験を行い,最大で10ミクロン程度の間隔を持つシリコン構造にナノチューブを架橋することに成功した.このセンサーによりマイクロ流路内のサブミクロン領域の流速分布が計測が可能に成ると期待される.
  • 文部科学省：科学研究費補助金(基盤研究(B))
    研究期間 : 2001年 -2003年 
    代表者 : 松本 潔; 阿部 啓子; 加我 君孝; 中尾 政之
     
    本研究の目的は,感覚細胞あるいは伝達経路に障害を持つ患者のための感覚機能代替システムにおいて,その設計手法を確立することである.本研究の成果の概要を以下に示す.(1)脳幹の蝸牛神経核を直接電気刺激して聴覚を再生させる聴性人工脳幹インプラント(ABI)の基礎研究のために,大脳皮質・蝸牛神経核でそれぞれ計測用・刺激用に用いる微小電極アレイを開発し,さらに,それらでABIの動物実験モデルを構築した.(2)同モデルで動物実験を実施し,ABIの有用性を直接的に裏づけた.蝸牛神経核を刺激したときの聴皮質の時空間的な反応パターンは,音刺激したときそれに類似しており,同パターンの変化から適切な場所を適切な電流強度で刺激すれば,音の高さと強さを知覚させられる可能性が高いことを実験で示した.(3)電極間の神経を選択的に刺激できる多点ゲート刺激法を提案し,それを動物実験で検証した.多点ゲート刺激法は,陰極の刺激で電極周辺の神経を幅広く発火させ,不必要な活動電位の伝播を陽極で抑制することで,電極間の神経でも選択的に刺激できる.理論計算と動物実験で同方法を詳しく考察したところ,数100μmの分解能で,電極間の神経を選択的に刺激できることがわかった.(4)音刺激で誘発される聴皮質の反応を考察し,聴皮質は複数の領野に分かれており,それらの機能構造は領野ごとに異なることを明らかにした.(5)シミュレーションと実験データの独立成分解析を用いて,誘発電位の時空間的特徴を考察した.特に聴性誘発中潜時反応に着目し,同反応に見られる波形の多様性は,発火活動に起因する成分・シナプス活動に起因する成分・皮質下に起因する成分の大小関係で説明できることを示した.
  • 文部科学省：科学研究費補助金(特定領域研究(B), 特定領域研究)
    研究期間 : 2001年 -2003年 
    代表者 : 中尾 政之; 光石 衛; 松本 潔
     
    研究の目的はマイクロケモメカトロニクスのために半導体加工技術や機械加工技術を用いて、3次元微細構造を創成する技術を確立することである。これまで化学分析機器のマイクロ化のために用いられてきた表面形状創成用のMEMS技術や機能表面創成用の物理的成膜技術や化学的修飾技術に加え、電解研磨・放電加工・ビーム堆積・組立接合・加圧転写・射出成形などの機械的な微細加工技術を用いて、3次元微細構造を備えたマイクロ化学分析機器を創成する。本研究では微細な構造として針状・管状・溝状構造に分類し以下のような項目に分けて研究を行った。・針状構造物の薇細加工システムの開発ナノメートルスケールの針状構造の製作技術として、走査型電子顕微鏡のビームを用いてカーボンを堆積させる、電子ビーム堆積(Electron Beam Deposition : EBD)法を研究してきた。またこの針状構造を用いてDNAのハンドリングツールや散乱型近接場光学顕微鏡のプローブへの応用を行った。またさらに、微細センサなどへの応用を念頭においてEBDプロープの導電性の制御を試みた。非晶質であるEBDに結晶性のグラファイト構造を持たせるために、電子顕微鏡内に炭素源供給装置と触媒と触媒活性化用の加熱装置とを配置した結果、結晶性と考えられるカーボン堆積物を生成できた。・管状構造物の微細加工システムの開発集束イオンビームを用いて微細ガラス管を加工し管状構造を作製する研究を進めてきた。応用例として、内部にピコリットルオーダの一定体の親水部を設けることによって定量分注を行うマイクロピペット、ピエゾ素子で上下駆動するマイクロピペットと親水性を制御した基板との組み合わせによって基板上に液滴を生成するシステムを開発した。またこれを植物細胞の形質転換用遺伝子を封入するビーズの生成に応用し、遺伝子と混合したアルギン酸ナトリウム水溶液をガラス基板上に滴下、これに塩化カルシウム水溶液を加えてゲル化し、遺伝子を内包したビーズを作製した。・溝状構造の精密転写プロセスの開発マイクロ分析機器の量産化を念頭に、現在、ウェットあるいはドライエッチングなど主に化学的手法で製作されているガラスチャネルチップを、より高速かつ安価に製造するための機械的加工法の開発を行ってきた。砥粒を含んだ水を高圧で噴出してガラスを除去加工するウォータージェット加工、ガラス粉末をインジェクタで塗布し溝を形成した後、焼結してガラスチップを作製する加工法を試みた。さらに、ガラスを腐食させてしまう物質や、過大な熱・圧力を発生させる反応を扱うために、抜熱性と耐衝撃性に優れた金属製の化学チップの開発を行った。切削法による溝の形成とYAGレーザ溶接法による蓋の接合技術を組み合わせて、溝幅が400μm程度の多層のステンレス製チップを作製できることを示した。
  • 文部科学省：科学研究費補助金(基盤研究(B))
    研究期間 : 2001年 -2002年 
    代表者 : 松本 潔; 米山 猛; 田中 秀治; 中尾 政之
     
    本研究では,(a)ホログラム回折格子,(b)免疫検査チップ,(c)使い捨てコンタクトレンズ,などを試作対象に設定して,新たな転写プロセスの原理,被転写材料や型材料の材質,型材料の微細加工方法,プロセス条件の最適化,などを総合的に検討した。平成13年度ではホログラム回折格子用の射出成形金型として温度センサと熱流束センサにより内部のプラスチックの状態をモニタつつ圧電素子により部分的な加圧ができる装置を開発した。この装置を用いてピッチ1μm、深さ150nmの回折格子をプラスチックに射出成形できることを確認した。また、犠牲層マスクを用いて硬質材料に転写を行うプロセスを開発した。ガラスの上にプラスチックを塗布しこれに型から形状を転写する。次に高速原子線により異方性エッチングを行う。プラスチックとガラスのエッチングレートを制御することで、元の型をそのまま、あるいは深さ方向に縮小/拡大した形状をガラスに転写できることを確認した。平成14年度は,射出成型のキャビティ内の状態をリアルタイムに把握し,それに応じて能動的,局所的にキャビティ内の条件を精密に制御できる小形知能化金型を開発した。これは98x98x117mmの大きさの金型に,キャビティ内の局所的な熱流束を測る熱流束センサを3個,キャビティ内を局所的に加熱する小形ヒータを2個,そしてそれぞれキャビティ内圧と容積を測る力センサおよび変位センサを埋め込んだものであり,局所熱流束制御により30x15x6mm,厚さ1mmの箱型成型品の平面度を20μmから3μmへと向上させることができることなどを確認した。また,より狭い領域をピンポイントに加熱・冷却するためにφ1.0mmの小形ヒータやφ1.0mmの二重パイプ水路冷却器を試作・検討した。さらに,これらの小形温調器を用い,より精密な熱流束制御を行うための1dl金型の開発に着手した。金型体積を1dl程度以下とさらに小形にし,金型材料も銅合金を用いることで温度の制御性が向上する。予備実験の結果,φ1.0mmの二重パイプ水路冷却器によってキャビティ表面温度を局所的に1℃下げることができることを確認した。
  • 文部科学省：科学研究費補助金(萌芽的研究, 萌芽研究)
    研究期間 : 2001年 -2002年 
    代表者 : 中尾 政之; 松本 潔
     
    本研究の目的は、電子ビーム堆積(EBD)法で作製したナノワイヤを用いてメゾスコピックサイズの3次元構造体を作製する技術を確立することである。またさらにその構造体を用いた様々な機能素子を製作し、その可能性を探索することである。対象とする機能素子は、3次元LSI、量子細線を用いた量子効果デバイス、微小コイルを応用した磁気デバイスなどナノワイヤを電子配線的に用いる素子と、光の波長と同程度以下のフォトニック構造体などナノワイヤを光学物質として用いる素子である。電子配線的な応用については、平成13年度の研究結果によって、EBDの体積抵抗率は約100Ωmと高いことが分かったことから、平成14年度ではこれを改質する研究を行った。Ni系触媒表面でEBDの生成を行い生成に問題がないことは確認できたものの結晶構造に顕著な差異は見られなかった。光学的な素子については、AFM用のカンチレバーに集束イオンビームを用いて光の波長程度の開口を形成し、開口部にEBD法を用いて近接場光学顕微鏡の散乱プローブを作製した。φ10nm、長さ1μmのアモルファスカーボンの針をもつ散乱プローブを製作し、φ20nmのビーズとφ200nmのビーズが混在した試料の観察を行った結果、従来の散乱プローブでは存られなかった、φ200nmのビーズの近傍にあるφ20nmのビーズの光学像を得ることができ、製作した散乱プローブが高アスペクト比物体の高分解能観察に有用であることを示した。
  • 文部科学省：科学研究費補助金(基盤研究(B))
    研究期間 : 2000年 -2002年 
    代表者 : 畑村 洋太郎; 中尾 政之; 中尾 政之; 加我 君孝; 松本 潔; 畑村 洋太郎
     
    本研究の目的は、聴覚神経系に障害をもつ患者のための感覚機能代替システムにおいて,その設計手法を確立することである.本研究の成果は,(1)ラットの聴皮質で聴覚性信号を計測する微小多点表面電極と、脳幹を電気刺激する微小剣山電極を開発し、それらを用いた脳幹インプラントシステムの動物モデルを構築したこと,(2)聴皮質上からの多点信号計測から聴皮質の機能構造を明らかにしたうえで,脳幹・蝸牛神経核の電気刺激が音の高さ・強さの知覚を誘発できる可能性が高いことを示したこと,(3)電極間の所望の神経を選択的に刺激できる多点ゲート刺激法を開発したことである.表面電極は、皮質上から高空間分解能に聴覚性信号を多点計測する。同電極では、曲率があり脈動している脳表面に電極基板が密着できるように、柔らかいポリイミド・フィルムを基板に用いた。基板上には2mm角の計測部位に80μm角の計測点を70個配した。微小剣山電極は、1.3mm角の計測部位に400μm間隔で格子状に、16個の微小タングステン電極を有する。純音で誘発された聴皮質反応を表面電極で多点計測し,聴皮質の機能構造を考察した.同反応は,異なる音の周波数・音圧に対し,特徴的な時空間的活動パターンを示した.さらに,剣山電極を用いて,脳幹・蝸牛神経核を電気刺激したところ,音刺激で誘発された反応と同じ特徴を示し,蝸牛神経核の適当な部位を適当な電流強度で刺激すれば,音の高さと強さの情報を適切に知覚させられる可能性を示した.多点ゲート刺激法が,電極形状によらず所望の神経を選択的に刺激できることを,シミュレーションと動物実験で示した.多点ゲート刺激法では,陰極の刺激で電極周辺の神経を幅広く発火させ,不必要な活動電位の伝播を陽極の刺激で抑制する.
  • 文部科学省：科学研究費補助金(基盤研究(A))
    研究期間 : 2000年 -2002年 
    代表者 : 中尾 政之; 竹内 孝次; 畑村 洋太郎; 松本 潔; 鷲津 正夫; 田中 秀治
     
    本研究では、微小な生体物質を固定・操作・分析するためのもつツールを10nmのオーダまで微細化することを目的として3次元微細構造の加工技術の開発を行った。微細な3次元構造を溝状・針状・管状・粒状構造に分類し、以下のような項目で研究を行った。・針状構造物の微細加工技術の開発走査型電子顕微鏡のビームを用いてカーボンを堆積させる、電子ビーム堆積(Electron Beam Deposition)法の開発を行った。EBD法によってガラス針の先端にφ20nmのカギ状プローブを形成し、これを用いて撥水基板上に伸張したλ-DNA一分子の一部分を回収できることを示した。またEBD法によってナノメートルサイズの針を原子間力顕微鏡のカンチレバー先端に形成し、これを近接場光学顕微鏡の散乱プローブへ応用した。φ10nm、長さ1μmのアモルファスカーボンの針をもつ散乱プローブを製作し、φ20nmのビーズとφ200nmのビーズが混在した試料の観察を行った結果、従来の散乱プローブでは得られなかった、φ200nmのビーズの近傍にあるφ20nmのビーズの光学像を得ることができ、製作した散乱プローブが高アスペクト比物体の高分解能観察に有用であることを示した。・管状および粒状構造物の微細加工技術の開発集束イオンビームを用いて微細ガラス管を加工し内径500nm程度の管状構造を作製する研究を行った。またこの構造をさらに利用して粒状の微細構造を生成するシステムの開発を行った。ピエゾ素子を用いて上記管状構造(微細ピペット)を上下に駆動し、ガラス基板上にφ1μm程度の液滴を形成しゲル化するシステムを開発した。またこの粒に遺伝子を封入して、植物細胞の形質転換用のカプセルに応用できることを示した。
  • 文部科学省：科学研究費補助金(萌芽的研究)
    研究期間 : 2000年 -2001年 
    代表者 : 松本 潔; 松本 洋一郎; 中尾 政之; 畑村 洋太郎; 高木 周
     
    平成13年度は、ハードウエアの製作プロセスを確立し、さらにナノチャネルを備えた実験装置を試作して、実際に流体を流して理論解析のデータと比較を行った。実験ハードウエアは、ガラスの基板上に作成した。基板上には、ナノチャネル部、導入チャネル部、圧力検出部が配置される。ナノチャネル部は、電子線描画装置を用いて幅数百nmのパタンを描き、高速原子線によるエッチングで深さ方向の加工を行った。導入チャネル部、圧力検出部の加工には、数μmの微細シリカ粒子をぶつけて加工を行うパウダービームを用いた。加工した基板とカバーガラスの接合は、表面を親水性処理をした後、フッ酸による接合を行った。実験装置では、基板外部に設置したシリンジポンプを用いてチャネルに流体を流した。圧力の測定は、基板上に液だめを設け、液だめのカバーが圧力により変形するときの歪みを検出した。圧力降下を防ぐため、この圧力検出部は基板上のナノチャネルの直前に設けてある。幅470nm、深さ170nm、長さ5μmのナノチャネルを500本平行に有する流路を作成し、さらに流量を10、20、30μl/hと変化させて特性評価を行った。30μl/hの流量時、1750kPaの圧力損失であった。理論計算による圧力損失はで515kPaであり、ほぼ3倍の値となった。本研究で、ナノチャネルの作成プロセスの確立を行うことが出来た。チャネル内の流動特性は、圧力損失のこの領域でのオーダーは判ったが、まだ理論値とは3倍程度の開きがある。これは、チャネルが小さくなったことによる壁面の濡れ性の影響、水のクラスターの影響によるものと考えられる。実験装置としては、ポンプ、センサなどが、微小流量を扱うのには最適なものとは言えない。特に流量の計測は難しく、微小流量を精密に計測するセンサの開発が必須である。
  • 文部科学省：科学研究費補助金(基盤研究(B))
    研究期間 : 1999年 -2001年 
    代表者 : 鷲津 正夫; 中尾 政之; 加畑 博之; 小寺 秀俊; 畑村 洋太郎; 松本 潔
     
    本研究は,基板の微細構造を創成するマイクロマシーニングの手法と工具の物理的マニピュレーションの手法を組み合わせることにより,染色体を展延してその構造や特定の遺伝子のDNA上での位置を解析し,さらに任意の位置での遺伝子の切除・改変を行う技術(染色体のマイクロサージェリー)を開発することを目的とした。その結果,次の成果が得られた。1)動植物などの高等生物の細胞分裂期に現れるX字型の染色体からDNAを巻きほどく手法につき、対象に大きな流体力学的なストレスを加えずに,タンパク分解酵素やその阻害剤をタイミングよく添加するためのマイクロデバイスを開発し,適度に弛緩した染色体からレーザーマニピュレーションによりDNAを引き出すことに成功した。また,染色体を局所的に巻き戻すためには,レーザーによる局所加熱が有効であることを示した。2)酵母の細胞骨格を分子リンカーで架橋することにより籠状構造とし,1細胞の持つ染色体をひとまとまりとして閉じ込め、FISH(Fluorescent in situ Hybridization)を行う手法を開発した。また,固体表面上に固定した籠上構造を部分的に破壊し,電気浸透流によりDNAを引き出す手法を開発した。3)ガラス毛細管やAFMチップの先端にEBD(Electron Beam Deposition)により数10nmの太さを持つプローブを成長させる手法を開発し,これを用いて,撥水処理した基板上に固定されたDNAのねらいの部分を切り取り回収できることを示した。これらにより,従来の試験管ベースの生化学と異なる,分子上の位置を意識した生化学,すなわちバイオナノテクノロジーの基盤技術が確立された。
  • 文部科学省：科学研究費補助金(基盤研究(A))
    研究期間 : 1998年 -2000年 
    代表者 : 中尾 政之; 米山 猛; 松本 潔; 畑村 洋太郎
     
    本研究は、サブμmの分解能を有し、3次元構造を複製できる新しい微細転写技術、すなわち「マイクロ・メカニカル・リプロダクション」を試みる。この転写技術は主に次の3つのプロセスからなる:(1)従来のリソグラフィ技術や金型作成技術を応用した「微細な原盤の作成」、(2)従来の樹脂によるレプリカ転写技術を応用した「原盤からマスクへの複製」、(3)新しい加工原理を用いる「マスクから被加工物への複製」、である。具体的に、(a)近接場光リソグラフィ、(b)犠牲マスクエッチング、(c)射出成形と圧縮成形とを応用するレプリカ作成技術、を試みる。(a)近接場光リソグラフィは、(1)電子線リソグラフィと高速電子線エッチングによって、微細な凹凸を有する石英ガラス製の原盤を作成し、(2)この原盤にアセチルセルロースを載せて、その凹凸を有するマスクとしてレプリカをとり、(3)このマスクをプリズムに貼り付けて、マスクの凸部からもれでる近接場光によって被加工物上のレジスト(感光性樹脂)を露光させた。これを実際に試みた結果、露光光の波長の1/8にあたる幅0.05μmのラインを露光できたが、偏光および入射方向によってその露光条件が異なることがわかった。また、(b)犠牲マスクエッチングは、(1)微細平削り盤によって、三角波状の凹凸を有するニッケルメッキ膜付きアルミニウム製の原盤を作成し、(2)シリコンゴムをスピンナで塗布した被加工物を、この原盤に軽く押し付けて、シリコンゴム上に凹凸を転写させ、(3)このシリコンゴムを犠牲マスクとして高速原子線エッチングを施し、被加工物のガラス上に三角溝を有する回折格子を複製した。これを実際に試みた結果、ピッチ1μm、深さ1μmの三角溝が切削・転写できた。さらに(c)射出成形と圧縮成形とを応用するレプリカ作成技術では、(1)(b)と同様に回折格子の金型を作成し、(3)電動押出形射出成型機で射出成形だけでなく、金型に取り付けたピエゾ素子でキャビティ内を圧縮成形して、ピッチ1μm、深さ1μmの転写分解能を達成した。
  • 文部科学省：科学研究費補助金(萌芽的研究)
    研究期間 : 1999年 -1999年 
    代表者 : 中尾 政之; 松本 潔; 畑村 洋太郎
     
    本研究の目的は、CVD膜とAFMを用いてハードディスク上の潤滑液の存在状態を観察する方法を確立することである。さらに潤滑液が耐磨耗性に及ぼすメカニズムを解明するとともに、耐摩耗性の優れた新しい潤滑液を提案することを目指す。具体的な観察方法として、(1)ハードディスクの表面にカーボン系のCVD膜を厚み2nm程度で成膜して潤滑液を固定し、その膜の上からAFMで観察する方法、(2)フッ素を混ぜたCVD膜をAFM針の表面に薄く成膜して、そのCVD膜と潤滑液との親和力の違いから(この場合は反発する)、AMFで潤滑液の位置を観察する方法、を試みた。前者の方法では、潤滑膜を加熱すると、ボンド(カーボン膜と強固に結合していてフレオンに浸しても溶出しない潤滑液分子)は単層膜が一面に広がるだけでなく、直径30nm程度の島に分散して存在し、その島は分子量が大きくなるほど顕著に大きくなること、潤滑液で浸けてもさらに付着しない、全面が潤滑剤で覆われた状態だと、摺動による耐摩耗性が優れること、モバイル(ボンドではない可動分子)は蒸発するためか観察できないこと、などがわかった。また、後者の方法では、前者と同様な島が観察されるが、モバイルとボンドとの差異が観察できないこと、などがわかった。
  • 文部科学省：科学研究費補助金(奨励研究(A))
    研究期間 : 1997年 -1998年 
    代表者 : 松本 潔
     
    平成10年度は、システム安定限界の解析、最適な加工誤差の収束条件の検討、平面研削システムの特性測定、ネガティブコンプライアシスによる加工実験を行い、本システム評価を行った。研削システムおよびアクティブカセンサのコンプライアンスをそれぞれCs、Ca、また加工コンプライアンスをCmとする。Csは研削システムに固有であり、またCmは(切り込み量)/(研削力)で定義されるものとする。解析により、アクティブカセンサのコシプライアシスCaが-(Cs+Cm)
  • 文部科学省：科学研究費補助金(基盤研究(B))
    研究期間 : 1997年 -1998年 
    代表者 : 畑村 洋太郎; 米山 猛; 松本 潔; 中尾 政之
     
    本研究の目的は、微小部品を作るための工作機械をマイクロ化し、環境・エネルギの負荷が小さく、ボータビリティ性に優れた、デスクトップのマイクロマシン生産システムを構築することである。システムの設計指針として(a)工作機械を被工作物の回りに集中配置して、被加工物を搬送・固定するのではなく、工作機械の方を集動させること、(b)マイクロの機構としてマクロの機構を相似的に縮小したものを使うのではなく、新たにそれに適したマイクロ機構を採用すること、の2点を提唱し、実際に一辺200mmの立方体の中に、一辺1mmの立方体の被加工物を、エンドミルで5面切削加工できるマイクロショップを作成した。(a)に従って、被加工物の回りに4台の工具スピンドル、1台の被加工物ハンドリングマニピュレータ、1台の顕微鏡ポスト、とを配し、また(b)に従って、たとえば、スピンドルは回転モータではなくて、動圧軸受け付きのエアータービンを、並進テーブルはボールネジ・モータ・直動ガイドではなくて、弾性ヒンジ保持のボイスコイルモータを、それぞれ用いた。さらにこのマイクロショップを評価するために、実際に金属やプラスチックを切削して、(1)熱膨張するコラムやテーブルを空気の断熱膨張で冷却することと、弾性ヒンジに貼った歪ゲージによっで変位フィードバック制御することとで、分解能0.05μm 、繰り返し精度1μmの加工精度が得られること、(2)テーブル剛性は1N程度の加工カが働いた直後だけ10mN/μmと柔であるが、その後は変位フィードバックによって無限大となり正確な加工が可能であること、(3)角棒状の超硬または単結晶ダイヤモンド工具を用いると、マクロの加工と全く同じようにエンドミル加工ができたが、直径50μm以下と微小径でかつ刃先半径0.1μm以下と鋭利な工具が人手または自家製作できなかったので、幅30μmの角溝のような凹形状を有する微細加工は難しいこと、などがわがった。本生産システテムは人間の個性に合わせた一品生産、たとえば外科手術中に削って人体にはめ込む電極や補填材、また装身具やコンタクトレンズなどの金型加工に用いるマイクロファクトリとして有望である。

担当経験のある科目

  • 機械力学
    東洋大学
  • IRT通論
    東京大学
  • 知能メカトロニクス
    東京大学
  • マイクロシステム
    東京大学
  • マイクロ知能機械
    東京大学
  • メカトロニクス
    東京大学
  • 計測の原理と応用
    東京大学

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