電気浸透は、現在のチップラボ機器におけるマイクロ流体の代表的な駆動方式の一つであり、電極のパターンが電気浸透駆動の外部電場を制御する上で重要な役割を果たしています。従来の寸法最適化や形状最適化を基にした電気浸透流電極パターンは、マイクロ流体デバイスの性能を大幅に向上させることが難しい問題に対処するために、電気浸透流電極のトポロジー最適化モデルを構築しました。フィルタ方程式と閾値投影により電極構造の特徴寸法を制御し、連続随伴解析法を用いてモデルの随伴感度を取得し、電極パターンの構造設計変数を進化させて最終的に電気浸透流電極のトポロジー最適化を実現します。上記のトポロジー最適化手法に基づき、電気浸透流マイクロミキサーの電極パターンを設計し、マイクロミキサーの混合効果に影響を与える要因を分析しました。結果は、電気浸透流マイクロミキサーの混合評価指数が0.047に達し、異なる濃度の二つの溶液を完全に混合できることを示しています。マイクロミキサーの優れた混合性能は、本論文で提案した電気浸透流電極のトポロジー最適化手法の有効性を検証しています。

マイクロ流体;トポロジー最適化;電気浸透;マイクロミキサー;電極