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マイクロPIV『マイクロチャンネル内を移動する液滴内部流動』

データ提供:東京大学生産技術研究所 大島研究室

共焦点スキャニングマイクロPIV 微小液滴内部流動の計測

幅100μm深さ100μmのマイクロチャンネル内を移動するカプセル状の微小液滴内部を6断面に分けて精密な測定を行いました。液滴内ではマイクロチャンネルの壁面の影響などにより3次元的で複雑な内部流動が起きていることがわかりました。この計測を可能にしたのが共焦点スキャニングマイクロPIVシステムです。

Key Technology

通常の蛍光画像と共焦点画像の比較

通常の蛍光画像

通常の蛍光顕微鏡画像では高性能の対物レンズを使用して焦点深度をどんなに薄くしても、焦点面前後の粒子からの散乱光が写りこんでしまいバックグラウンドが明るくなってしまいます。

共焦点画像

共焦点スキャナーを使用すると原理的に焦点面前後の粒子からの散乱光は遮断され、コントラストの高い鮮明な粒子像が得られます。

マイクロチャンネル(100×100μm)内を移動する微小液滴の様子

【ファイル名】micropiv.mpg
【サイズ】約4.2MBytes
壁面に接している部分は壁面に引きずられて速度が遅くなっています。
遅くなった速度を補償するように壁面に接していないコーナー部分で液滴の進行速度以上に速くなっていることがわかります。

マイクロチャンネル(100×100μm)内を移動する微小液滴内部の速度分布

速度ベクトル図(未処理)

この状態ではすべての速度ベクトルに液滴の移動速度も含まれています。

速度ベクトル図(液滴内部の流動)

液滴の移動速度を差引くことで内部流動の速度分布を得ることが可能です。

液滴内部の循環流

壁面の影響で液滴内部では立体的で複雑な循環流ができています。