空気動力学径の測定基盤技術としての安価で使い捨て可能なエアロゾル分級器「SPLIT」

"SPLIT": A Low-cost and disposable aerosol classifier as a fundamental technology for measuring aerodynamic diameter

坪田 陽一   ; Laffolley, H.; 黒江 彩萌; 狩野 貴宏 

Tsubota, Yoichi; Laffolley, H.; Kuroe, Ayame; Karino, Takahiro

エアロゾルの空気動力学径(AD)は、気中挙動や吸入時の呼吸器内沈着部位を決定するため、飛散推定や内部被ばく線量評価における重要なパラメータである。しかし従来のAD測定はカスケードインパクタ等の高価な機器を要するため一部の専門機関に限られていた。さらに高汚染環境では、使用後の機器の除染が困難という課題も存在した。これらの課題解決のため、我々は3Dプリンタで一体成型する、安価(製造原価約400円)で使い捨て可能なバーチャルインパクタ「SPLIT」を開発している。本機器は計算流体力学(CFD)を用いて乱流が生じやすい流路を最適化し、エアロゾルを3つのAD領域(1, 110, 10 m)に分級・捕集するとともに、リアルタイム測定機器を組み合わせる機構も有する。SPLITは安価かつ、使い捨て仕様によりコンタミネーションフリーな測定を実現することでAD測定を誰もが実施できる技術基盤を提供し、放射線防護や環境科学分野への貢献が期待される。

The Aerodynamic Diameter (AD) of aerosols is a crucial parameter in estimating dispersion and assessing internal exposure doses, as it determines airborne behavior and the deposition site within the respiratory tract upon inhalation. However, conventional AD measurement has been limited to a few specialized institutions due to the requirement for expensive equipment, such as cascade impactors. Furthermore, in highly contaminated environments, the difficulty of decontaminating equipment after use presents a significant challenge. To address these issues, we are developing "SPLIT", a low-cost (manufacturing cost approx. 400 JPY) and disposable virtual impactor that is integrally molded using a 3D printer. Using Computational Fluid Dynamics (CFD), we have optimized the flow channels to minimize turbulence. The device classifies and collects aerosols into three AD ranges (1, 110, and 10 m) and incorporates a mechanism that allows for combination with real-time measurement instruments. By enabling contamination-free measurement through its low-cost, disposable design, SPLIT provides a technological foundation that makes AD measurement accessible to everyone, with expected contributions to the fields of radiation protection and environmental science.