今回は、マイクロ流体力学について紹介します。最後にマイクロ流体力学を学習する際にオススメの教科書やYouTubeチャンネルを紹介します。マイクロメートル程度の幅を持った流路(マイクロ流路)を流れる流体に関する流体力学です。少量の流体を操作する際に、マイクロ流路が用いられます。化学物質や生体試料など少量の流体を扱う際に、マイクロ流路は用いられます。マイクロ流体力学でも、通常の流体力学の法則はあてはまります。流路の大きさ(スケール)の違いによって、流体の流れなどに効いてくる効果に差があります。マイクロ流体力学はマイクロ流路に関する効果がまとめられており、マイクロ流路の設計などの際に体系的に指針とすることができます。以下では、簡単にマイクロ流体力学について紹介します。流体力学(前編)おわりにマイクロ流体力学とはマイクロ流体力学は、先に述べたようにマイクロ流路の設計などに用いられます。マイクロ流路の用途について述べます。マイクロ流路の特徴は、少量の試料を操作し化学反応や生体試料の観察をおこなうことができることにあります*1。少ない容量の試料で実験をおこなうことができれば、試料の節約になります。このような流路では、蛍光観察や電気化学的な測定などさまざまな計測を目的とします。このため、計測に直接的に関わるこれらの要素も重要です。マイクロ流体力学は、このような計測方法というよりは、試料を含む流体の制御に主眼をおいています。下の図と表で、典型的なマイクロ流路のイメージを示しました。cm以上であることが多いです。一般的に流路の長さのスケールや流速が小さいため、マイクロ流路内のレイノルズ数は小さくなります。このため、マイクロ流路内の流れは、乱れの少ない層流となります。流路の大きさが小さいため、表面の大きさに比例する力(表面力)の影響が大きくなります。続いて代表的なマイクロ流体力学における効果について少し詳しく紹介します。マイクロ流路内は層流マイクロ流路内は、流れの乱れが少ない層流となります。これは、流体の流れる速さが低いことや流路のスケールが小さいためにおこります。水道水など、我々の日常的な流体は乱れが生じます。このように乱れた流れを乱流といいます。下のYouTube動画は、マイクロ流路での色素を含む溶液が流れる様子を示しています。直感的には、色素は混ざってしまうように思います。これは、マイクロ流路内では、流れが乱れの少ない層流となるからです。マイクロ流路内の流れが層流となることの一般的な数式的な表現を紹介します。層流と乱流の判定は、レイノルズ数と呼ばれる値でおこなわれます。流路の形状などに依存しますが層流と乱流の境となるレイノルズ数は、およそ1000程度です。マイクロ流路でのレイノルズ数は、1以下におおよそなります。この値は1000より小さく、このことからマイクロ流路内の流れが層流となることが分かります*2。ここでマイクロ流路のレイノルズ数が1程度となることを簡単に見積もってみます。以下の数式ではレイノルズ数をReと表します。