顧客の成功事例｜Nature Materials：ハスの葉に触発され、超敏感圧力センサー、無線頭蓋内圧モニタリングと腹腔鏡手術に使用できる

シンガポール国立大学通信作者Benjamin C.K.Tee博士人を待って、ハスの葉表面のガス被覆現象からインスピレーションを得て、固液液液ガス多相界面と弾性ガス層を利用することによって、これらの界面で容量を変えることによって圧力を変調できる圧力センサを設計した。このセンサはナノスクリーブに基づいて二光子重合の原理のPPGT 2マイクロナノ加工システムを製作した。この製法は摩擦を低減し、摩擦のほとんどない接触線運動を実現し、卓yueの圧力センシング性能を実現した。このセンサは、乱流流、体内生物環境、腹腔鏡手術を含む、挑戦的な条件下でその機能を示している。

関連論文はFrictionless multiphasic interface for near-ideal aero-elastic pressure sensingと題して、自然材料定期刊行物に載っている。共同第1著者はシンガポール国立大学のウェン・チェン 王 新王上海科学技術大学の熊沢博士。

【センサの繰返し性に対する微細構造設計の影響を検証する】

研究の目的は、ハスの葉の非湿潤表面上の水−空気界面現象からインスピレーションを受けた新しい圧力センサを開発することである。従来の固体圧力センサと異なり、科学研究者はNanoscribe二光子重合技術を通じて多スケール構造化された固液液液液気多相システムにおける無固定接触線運動を実現し、新型の飛行弾性容量式圧力センサを創造した。ナイル花豚籠草植物をモデルに、六角形壁式柱陣微細構造を用いて微細（~ 0.5 mm 3）センサーを作製した。カラムの表面は、潤滑剤を導電性ナノ構造体に注入することによって超滑りやすいように動作電極として設計されている。異なる液体圧力では、液体は接触角ヒステリシスを生じることなくカラム電極を湿潤／脱湿することができる。このプロセスは、液体−電極の接触面積を変化させ、容量を変化させる。液体環境で動作する他の圧力センサと比較して、これらのセンサは液体中の微小な圧力変動を測定することができ、超低のヒステリシス（1.34±0.20%）、高感度（79.1±4.3 pFkPa ^-1）と高い線形度（R 2＝0.9994±0.00015、非線形度は1.49±0.17%)。

図1 eAirの概念と設計。a、蓮の葉の非湿潤表面上の水−ガス界面の概略図。ガスは液−ガス界面の下の構造の間に閉じ込められている。水圧の変化に伴い、界面が上下に移動する。b、蓮の葉から作られたセンサーの圧力感知応答。c、eAir設計の模式図。カラム表面は作業電極として使用され、フジツボ植物に触発され、潤滑剤を導電性ナノ構造に注入することで超滑りにする。液体は、接触角ヒステリシスを生じることなく、異なる液体圧力でカラム電極を湿潤／脱湿することができる。このプロセスは、液体−電極の接触面積を変化させ、容量を変化させる。イラスト：eAirの等価回路。Ccounter，液体−対極界面における電気二重層キャパシタンス、CEDL.ct，液体−作用電極コーティング界面における電気二重層キャパシタンス、Cd.ct，動作電極と表面被覆−液体界面との間の誘電容量、Cd+air，作動電極と液体との間の容量はガスを介して伝導され、C0，不活性領域の界面容量。d、eAirの圧力感知応答。e、eAirデバイスコンデンサの構成の概略図、およびI-IVが表示された表面は、センサの性能を調整するための異なる濡れ性能を持っている。ラベル（左側）はcのイラストに対応しています。Δθ，表面の接触角ヒステリシス。表面粗さがIVからIに減少するにつれて、Δθも減少し、強い接着から液体の摩擦滑りのない遷移を示している。これらの表面特性の変化はセンサの性能に影響する。f、非理想圧力センサの順方向/逆方向閾値性能概略図、及び理想圧力センサの線形及び無ヒステリシス性能概略図。g、既報の液体環境圧力センサの線形性能と比較した。差異を強調するために、線形度（1／（1−R 2））を定義して比較した。R 2（決定係数）は、対応するデバイス性能曲線の線形フィッティング結果の値である：線形度が高いほど、線形度が良い。

【界面濡れ性能がセンサ性能に与える影響を検証する】

研究で設計された4つの異なる表面は、それぞれI〜IVと表記されている。表面の粗さとエネルギーを調整することで、これらの表面は異なる接触角と接触角のヒステリシスを持つ。研究者は、異なる処理された表面が液体表面上の接触線の固定度を異なり、それによって前進角と接触角のヒステリシスの数値に影響を与えることを発見した。表面III及びIVのような表面粗さが高い場合、ポリアニリン（PAni）ナノワイヤの存在により、コンタクトワイヤの固定が顕著に増強される。同時に、これらの表面は液体圧力下で発生する可能性があるできない可逆的な変化化し、圧力を加えた後に前進角と接触角のヒステリシスが増加する。Nanoscribe二光子マイクロナノ加工システムは、面粗さをナノスケールに低減することができる。表面IIのような実験では、前進角と接触角のヒステリシスもそれに応じて減少する。表面Iには、シリコーンオイルを塗布することにより、表面は非常に滑らかになり、滑らかな液体が多孔質表面に浸透するのと似ている。これにより、接触線の固定が減少し、前進角が小さくなる、接触角ヒステリシスはほとんど無視できます。研究者はまた、異なる界面濡れ特性がセンサの性能に直接影響することを観察した。具体的には、前進角が大きいほど、センサの順方向閾値が高くなり、接触角ヒステリシスが大きいほど、センサの逆閾値とヒステリシス性能も高くなる。これらの結果は、センサのパフォーマンスのチューニングに役立ちます。

Nanoscribeが新たに発売したQuantum Xシリーズプラットフォームシステムは、階調リソグラフィ技術（2 GL®)，高い設計自由度、高速な印刷効率、および増材による複雑な構造の超平滑表面の製造に必要な高精度を実現することができる。迅速で正確な増材製造技術は設計反復周期を大幅に短縮した。Quantum X shapeは本当の意味での万能モデルです。二光子重合技術に基づいて、このレーザー直写システムは高速成形製作の最適な機種であるだけでなく、ウエハ上の任意のサブミクロン精度に基づく2.5 D及び3 D形状の規模化生産にも適している。新しいQuantum X shapeの高精度は、その最高能力であるボクセル変調比と超微細処理メッシュに依存し、サブボクセルのサイズ制御を実現する。さらに、高精度な形状制御を維持しながら、表面微細構造の作製に超平滑性を達成することができる2光子階調リソグラフィによるボクセルの微調整の恩恵を受ける。Quantum X shapeは生物医学、微光学、MEMS、マイクロ流路、表面工学、その他多くの分野におけるデバイスの高速プロトタイプ作成のための理想的なツールであると同時に、ウェハベースの小構造ユニットの量産のための簡易なツールでもある。

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