エンジニアリングおよび生物医学的応用における非ニュートン流体の粘度試験用マイクロ流体プラットフォーム

科学分野:

• 流体力学
• 材料科学
• 生物医学工学

背景:

• マイクロ流体デバイスは、粘度測定のための精密な流体ハンドリングを提供します。
• 従来の測定方法では、広範囲の粘度を持つ非ニュートン流体の測定に限界があります。
• 測定可能な粘度範囲の拡張は、食品科学および生物医学的診断における応用にとって重要です。

研究 の 目的:

• 非ニュートン流体粘度センシング用のマイクロ流体プラットフォームを開発および検証すること。
• 測定可能な粘度範囲を1～10 cPから1～50 cPに拡張すること。
• 高流量での精度を向上させるために、高流量フローフィールド安定化装置を統合すること。

主な方法:

• 相対粘度決定のためのチャネル占有率に基づく二相層流原理を利用しました。
• 計算流体力学（CFD）シミュレーションを使用してフロー安定化装置を設計および最適化しました。
• シミュレーションされた血液および乳製品サンプルを使用してマイクロ流体システムを検証し、従来の粘度計との結果を比較しました。

主要な成果:

• 最適化されたN5フロー安定化装置の設計により、高流量シミュレーションにおける流速分布の非対称性が50%以上削減されました。
• マイクロ流体プラットフォームは、サンプル体積誤差5%未満で95%以上の粘度精度を達成しました。
• 牛乳の酸性化およびゲル化中の粘度変化を正常に監視し、標準測定値との優れた一致を示しました。

結論:

• 開発されたマイクロ流体プラットフォームは、非ニュートン流体のレオメトリー能力を大幅に向上させます。
• 統合されたフロー安定化装置は、拡張された範囲（1～50 cP）にわたる高精度の粘度測定を可能にします。
• この技術は、食品工学、生物医学的診断、および産業用流体モニタリングにおける応用に大きな可能性を秘めています。