DE60221036T2

DE60221036T2 - Vorrichtung zum Erzeugen von Emulsionen und Mikrokapseln

Info

Publication number: DE60221036T2
Application number: DE2002621036
Authority: DE
Inventors: Toshiro Yokohama-shi HIGUCHI; Takashi Taitou-ku NISHISAKO; Toru Suginami-ku TORII; Tomohiro Taniguchi
Original assignee: Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2001-02-23
Filing date: 2002-02-13
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2022-02-14
Also published as: DE60214604D1; EP1721658B1; DE60211857D1; EP1362634A1; EP1510251A1; DE60221036D1; US7268167B2; EP1721658A2; US20100327471A1; EP1447127A1; US7772287B2; EP1721658A3; US7375140B2; CA2438856A1; DE60238955D1; EP1721658B2; CA2438856C; DE60229454D1; EP1510251B1; US20060079583A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Mikroemulsion in Wasser, Öl und chemisch inerter Flüssigkeit.
Stand der Technik
Herkömmlich sind Vorrichtungen zur Herstellung einer Mikroemulsion (enthaltend Mikrokügelchen) und Mikrokapseln in Schritten zur Herstellung von Chemikalien verwendet worden. Es gibt die folgenden Verfahren (s. beispielsweise PCT-Übersetzung der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung 8-508933): Ein Verfahren, bei dem eine zweite Lösung in eine erste Lösung eingetropft wird, ein Verfahren, bei dem eine erste Lösung in die Luft von dem Innenbereich eines Doppelrohres getropft wird und eine zweite Lösung von dem Außenbereich desselben eingetropft wird, und so weiter. Bei den Verfahren zum Verstreuen von Tröpfchen in der Luft gibt es ein Verfahren zum Auswerfen von Tröpfchen unter Verwendung von piezoelektrischen Elementen, die für Tintenstrahldrucker verwendet werden, und so weiter.
US 6,042,209 beschreibt eine mikrofluidische Druckvorrichtung, die ein Tintenreservoir; eine Struktur, die eine Anordnung von Kammern definiert, wobei jede Kammer einen Tintenpixel bildet; eine Vielzahl von Mikrokanälen, die das Reservoir mit den Kammern verbindet; eine Vielzahl von mikrofluidischen Pumpen, die jeweils assoziiert sind mit einem einzigen Mikrokanal zum Liefern von Tinte aus einem Tintenreservoir durch einen Mikrokanal zum Liefern an eine Kammer; und Steuermittel zum Steuern der mikrofluidischen Pumpen, so daß die korrekte Menge an Tinte von jeder Kammer zu einem Aufnehmer geliefert wird, auf den Tinte zu drucken ist, einschließt.
Offenbarung der Erfindung
Auf der anderen Seite wird eine Methode, bei der monodispergierte Mikrotröpfchen mit Laborausrüstung hergestellt werden, in der japanischen, nicht geprüften Patentanmeldungsveröffentlichung 2000-84384 beschrieben. Jedoch gibt es bei dieser Methode ein Problem, daß die Geschwindigkeit der Herstellung solcher Mikrotröpfchen langsam ist und die Mikrotröpfchen nicht mit Tensiden oder Mikrokapselschalen bedeckt werden können. Ferner können lediglich Mikrotröpfchen mit einem Durchmesser, der drei mal größer ist als die Breite der Mikrokanäle, hergestellt werden.
Angesichts der obigen Situation ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum schnellen Herstellen einer Emulsion auf eine einfache Art und Weise bereitzustellen.
Um die obige Aufgabe zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung die folgenden Verfahren und Vorrichtungen bereit.

(1) Eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Emulsion schließt ein elastisches Bauteil, das zwischen starren Bauteilen angeordnet ist, plaziert an einem unteren Abschnitt einer Flüssigkeitskammer für eine Dispersionsphase mit einer Vielzahl von Mikrokanälen darin; eine Betätigungsvorrichtung zum Beaufschlagen einer Spannung an dem elastischen Bauteil; und eine kontinuierliche Phase, die kommunikativ mit einer Vielzahl der Mikrokanäle verbunden ist, ein.
(2) In der emulsionserzeugenden Vorrichtung, die in dem obigen Absatz beschrieben wird, weist eine Vielzahl der Mikrokanäle jeweils einen Abschnitt auf, dessen Durchmesser vermindert ist, mit einem sich verjüngenden Bereich.
(3) In der emulsionserzeugenden Vorrichtung, die in dem obigen Absatz beschrieben wird, weist eine Vielzahl der Mikrokanäle jeweils einen unteren Abschnitt auf, dessen Durchmesser vermindert ist, mit einem ersten sich verjüngenden Bereich und ebenfalls jeweils mit einem Vorsprung mit einem zweiten sich verjüngenden Bereich zum Erhöhen des Durchmesser eines weiter unteren Abschnitts.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Aufsicht, die eine Vorrichtung zur Herstellung von Mikrotröpfchen zeigt.
2 ist eine Veranschaulichung, die Verfahren zur Herstellung von Mikrotröpfchen zeigt.
3 ist eine Aufsicht, die eine Vorrichtung zur Herstellung von Mikrokapseln zeigt.
4 ist eine Veranschaulichung, die ein Verfahren zur Herstellung von Mikrokapseln zeigt.
5 ist eine Aufsicht, die eine Vorrichtung zur Herstellung von Mikrotröpfchen zeigt.
6 ist eine Veranschaulichung, die ein Verfahren zur Herstellung von Mikrotröpfchen zeigt.
7 ist eine Aufsicht, die eine Vorrichtung zur Herstellung von Mikrokapseln gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist eine Veranschaulichung, die ein Verfahren zur Herstellung von Mikrokapseln gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist eine Veranschaulichung, die die Teilchengröße zeigt, die durch Variation der Höhe der kontinuierlichen Phasen und Dispersionsphasen in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wird.
10 ist eine Veranschaulichung, die einen Mechanismus zum Auswerfen einer Dispersionsphase, einer schalenbildenden Phase oder einer inhaltsbildenden Phase, angeordnet in einer Vorrichtung zur Herstellung von Mikrotröpfchen, zeigt.
11 ist eine Veranschaulichung, die einen Mechanismus zum Auswerfen einer Dispersionsphase, einer schalenbildenden Phase oder einer inhaltsbildenden Phase, angeordnet in einer Vorrichtung zur Herstellung von Mikrotröpfchen, zeigt.
12 ist eine Veranschaulichung, die einen Mechanismus zum Auswerfen einer Dispersionsphase, einer schalenbildenden Phase oder einer inhaltsbildenden Phase, angeordnet in einer Vorrichtung zur Herstellung von Mikrotröpfchen, zeigt.
13 ist eine Veranschaulichung, die einen Mechanismus zum Öffnen oder Schließen einer Dispersionsphasenzuführöffnung einer Vorrichtung zum Herstellen von Mikrotröpfchen zeigt.
14 ist eine Veranschaulichung, die einen Mechanismus zum Öffnen oder Schließen einer Dispersionsphasenzuführöffnung einer Vorrichtung zum Herstellen von Mikrotröpfchen zeigt.
15 ist eine Veranschaulichung, die einen Mechanismus zum Öffnen oder Schließen einer Dispersionsphasenzuführöffnung einer Vorrichtung zum Herstellen von Mikrotröpfchen zeigt.
16 ist eine Aufsicht, die eine Vorrichtung zur Herstellung einer Emulsion zeigt.
17 ist eine Aufsicht, die eine Vorrichtung zur Herstellung einer Emulsion zeigt.
18 ist eine Aufsicht, die eine Vorrichtung zur Bildung einer Emulsion zeigt.
19 ist eine Veranschaulichung, die eine Vorrichtung zum Bilden von Mikrokapseln zeigt.
20 ist eine Veranschaulichung, die eine Konfiguration einer Vorrichtung zum Bilden einer großen Menge von Mikrotröpfchen unter Verwendung der elastischen Deformation von Kautschuk zeigt.
21 ist eine Veranschaulichung, die den Betrieb einer ersten Vorrichtung, die in 20 gezeigt ist, zum Bilden einer großen Menge von Mikrotröpfchen zeigt.
22 ist eine Veranschaulichung, die den Betrieb einer zweiten Vorrichtung, die in 20 gezeigt ist, zum Bilden einer großen Menge von Mikrotröpfchen zeigt.
23 ist eine Veranschaulichung, die den Betrieb einer dritten Vorrichtung, die in 20 gezeigt ist, zum Bilden einer großen Menge von Mikrotröpfchen zeigt.
Beste Ausführungsform der Erfindung
1 ist eine Aufsicht, die eine Vorrichtung zur Herstellung von Mikrotröpfchen zeigt. 2 ist eine Veranschaulichung, die Verfahren zum Herstellen solcher Mikrotröpfchen zeigt. 2(a) ist eine Veranschaulichung, die ein Verfahren zur Herstellung von Mikrotröpfchen (Nr. 1) zeigt, 2(b) ist eine weitere Veranschaulichung, die ein Verfahren zur Herstellung von Mikrotröpfchen (Nr. 2) zeigt, 2(b-1) ist eine fragmentarische Schnittansicht derselben, und 2(b-2) ist die Schnittansicht von 2(b-1) entlang der Linie A-A.
In diesen Figuren stellt Bezugszeichen 1 einen Hauptkörper der Vorrichtung zum Herstellen von Mikrotröpfchen dar, Bezugszeichen 2 stellt einen Mikrokanal dar, in dem eine kontinuierliche Phase fließt und der in dem Hauptkörper 1 angeordnet ist, Bezugszeichen 3 stellt einen Dispersionsphasenzuführkanal dar, der so angeordnet ist, daß der Dispersionphasenzuführkanal 3 und der Mikrokanal 2 sich kreuzen, Bezugszeichen 4 stellt eine Dispersionphasenzuführöffnung dar, Bezugszeichen 5 stellt die kontinuierliche Phase (beispielsweise Öl) dar, Bezugszeichen 6 stellt eine Dispersionsphase (beispielsweise Wasser) dar, Bezugszeichen 7 stellt ein Mikrotröpfchen dar und Bezugszeichen 8 stellt einen hydrophoben Film dar.
In der obigen Konfiguration wird die Dispersionsphase 6 zu der kontinuierlichen Phase 5 zugeführt, die in dem Mikrokanal 2 in einer solchen Weise fließt, das sich die Flüsse der Dispersionsphase 6 und der kontinuierlichen Phase 5 miteinander kreuzen, wie es in 2 gezeigt ist. Teil der kontinuierlichen Phase 5 erstreckt sich durch jede Dispersionphasenzuführöffnung 4, wodurch die Mikrotröpfchen 7 mit einem Durchmesser hergestellt werden, der kleiner ist als die Breite des Dispersionphasenzuführkanals 3.
Beispielsweise können Mikrotröpfchen mit einem Durchmesser von etwa 25 μm erhalten werden, wenn der Druck der Dispersionsphase (Wasser) auf 2,45 kPa eingestellt wird, der Druck der kontinuierlichen Phase (Öl enthaltend 70% Ölsäure) 5 auf 4,85 kPa eingestellt wird und der Mikrokanal 2 und der Dispersionphasenzuführkanal 3 eine Breite von 100 μm und eine Höhe von 100 μm aufweisen. Wenn der Druck der kontinuierlichen Phase auf 5,03 kPa eingestellt wird, können Mikrotröpfchen mit einem Durchmesser von etwa 5 μm erhalten werden.
Wie in 2(b-1) und 2(b-2) gezeigt ist, um die Mikrotröpfchen 7 leicht zu bilden (um die Mikrotröpfchen leicht voneinander abzustoßen), werden die hydrophoben Filme 8 bevorzugt an Bereichen der inneren Wände des Mikrokanals 2, in denen die kontinuierliche Phase 5 fließt, und dem Dispersionphasenzuführkanal 3 angeordnet, wobei die Bereiche in der Nähe der Verbindungsstelle der Flüsse der kontinuierlichen Phase (beispielsweise Öl) 5 und der Dispersionsphase (beispielsweise Wasser) 6 angeordnet sind.
Da in der obigen Ausführungsform die kontinuierliche Phase 5 Öl enthält und die Dispersionsphase 6 Wasser enthält, werden die hydrophoben Filme 8 bevorzugt verwendet. Wenn jedoch die kontinuierliche Phase Wasser enthält und die Dispersionsphase Öl enthält, werden bevorzugt hydrophile Filme verwendet.
3 ist eine Aufsicht, die eine Vorrichtung zum Herstellen von Mikrokapseln zeigt, und 4 ist eine Veranschaulichung, die ein Verfahren zum Herstellen solcher Mikrokapseln zeigt.
In diesen Figuren stellt Bezugszeichen 11 einen Hauptkörper der Vorrichtung zum Herstellen von Mikrokapseln dar, Bezugszeichen 12 stellt einen Mikrokanal dar, in welchem eine kontinuierliche Phase fließt und der in dem Hauptkörper 11 angeordnet ist, Bezugszeichen 13 stellt einen Schalenbildungsphasenzuführkanal dar, der so angeordnet ist, daß der Schalenbildungsphasenzuführkanal 13 und der Mikrokanal 12 sich kreuzen, Bezugszeichen 14 stellt einen Inhaltsbildungsphasenzuführkanal dar, der so angeordnet ist, daß der Inhaltsbildungsphasenzuführkanal 14 und der Mikrokanal 12 sich kreuzen, Bezugszeichen 15 stellt eine Schalenbildungsphasenzuführöffnung dar, Bezugszeichen 16 stellt eine Inhaltsbildungsphasenzuführöffnung dar, Bezugszeichen 17 stellt die kontinuierliche Phase (beispielsweise Wasser) dar, Bezugszeichen 18 stellt einen schalenbildende Phase dar, Bezugszeichen 19 stellt eine inhaltsbildende Phase dar und Bezugszeichen 20 stellt eine Mikrokapsel dar.
In der obigen Konfiguration werden die schalenbildende Phase 18 und die inhaltsbildende Phase 19 zu der kontinuierlichen Phase 17 zugeführt, die in dem Mikrokanal 12 in einer solchen Weise fließt, daß Flüsse der schalenbildenden Phase 18 und der inhaltsbildenden Phase 19 sich mit dem Fluß der kontinuierlichen Phase 17 verbinden, wie es in 4 gezeigt ist. Die schalenbildende Phase 18 wird von Positionen stromaufwärts zu Positionen zum Zuführen der inhaltsbildenden Phase 19 geführt, in einer solchen Weise, daß die schalenbildende Phase 18 eine dünne Schicht bildet.
5 ist eine Aufsicht, die eine Vorrichtung zum Herstellen von Mikrotröpfchen zeigt, und 6 ist eine Veranschaulichung, die ein Verfahren zum Herstellen solcher Mikrotröpfchen zeigt.
In diesen Figuren stellt Bezugszeichen 21 einen Hauptkörper der Vorrichtung zum Herstellen von Mikrotröpfchen dar, Bezugszeichen 22 stellt einen ersten Mikrokanal dar, Bezugszeichen 23 stellt einen zweiten Mikrokanal dar, Bezugszeichen 24 stellt eine erste kontinuierliche Phase dar, Bezugszeichen 25 stellt eine zweite kontinuierliche Phase dar, Bezugszeichen 26 stellt die Verbindungsstelle der Flüsse der ersten kontinuierlichen Phase 24 und der zweiten kontinuierlichen Phase 25 dar, Bezugszeichen 27 stellt einen Dispersionphasenzuführkanal dar, Bezugszeichen 28 stellt eine Dispersionsphase dar und Bezugszeichen 29 stellt ein Mikrotröpfchen dar.
In der obigen Konfiguration wird die Dispersionsphase 28 in Richtung auf die Verbindungsstelle 26 der Flüsse der ersten kontinuierlichen Phase 24 und der zweiten kontinuierlichen Phase 25, die in den Mikrokanälen 22 bzw. 23 fließen, in einer solchen Weisen ausgestoßen, daß der Fluß der Dispersionsphase 28 sich mit den Flüssen der ersten kontinuierlichen Phase 24 und der zweiten kontinuierlichen Phase 25 verbindet, wie es in 6 gezeigt ist. Dadurch können Mikrotröpfchen 29 hergestellt werden.
7 ist eine Aufsicht, die eine Vorrichtung zur Herstellung von Mikrokapseln gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 8 ist eine Veranschaulichung, die ein Verfahren zur Herstellung solcher Mikrokapseln zeigt.
In diesen Figuren stellt Bezugszeichen 31 einen Hauptkörper der Vorrichtung zum Herstellen von Mikrokapseln dar, Bezugszeichen 32 stellt einen ersten Mikrokanal dar, in dem eine kontinuierliche Phase fließt und der in dem Hauptkörper 31 angeordnet ist, Bezugszeichen 33 stellt einen zweiten Mikrokanal dar, in dem eine andere kontinuierliche Phase fließt und der in dem Hauptkörper 31 angeordnet ist, Bezugszeichen 34 stellt eine erste kontinuierliche Phase (beispielsweise Öl) dar, Bezugszeichen 35 stellt eine zweite kontinuierliche Phase (beispielsweise Öl) dar, Bezugszeichen 36 stellt die Verbindungsstelle der Flüsse der ersten kontinuierlichen Phase 34 und der zweiten kontinuierlichen Phase 35 dar, Bezugszeichen 37 stellt einen Inhaltsbildungsphasenzuführkanal dar, Bezugszeichen 38 stellt eine inhaltsbildende Phase (beispielsweise Wasser) dar, Bezugszeichen 39 stellt ein Mikrotröpfchen (beispielsweise Wasserkügelchen) dar, Bezugszeichen 40 stellt einen dritten Mikrokanal dar, in dem eine weitere kontinuierliche Phase fließt und der in dem Hauptkörper 31 angeordnet ist, Bezugszeichen 41 stellt einen vierten Mikrokanal dar, in dem eine weitere kontinuierliche Phase fließt und der in dem Hauptkörper 31 angeordnet ist, Bezugszeichen 42 stellt eine dritte kontinuierliche Phase (beispielsweise Wasser) dar, Bezugszeichen 43 stellt eine vierte kontinuierliche Phase (beispielsweise Wasser) dar, Bezugszeichen 44 stellt die Verbindungsstelle der Flüsse der dritten kontinuierlichen Phase 42 und der vierten kontinuierlichen Phase 43 dar, Bezugszeichen 45 stellt eine schalenbildende Phase dar, Bezugszeichen 46 stellt ein schalenbildendes Mikrotröpfchen dar und Bezugszeichen 47 stellt eine Mikrokapsel dar.
In der obigen Konfiguration wird die inhaltsbildende Phase 38 zu den kontinuierlichen Phasen 34 und 35, die in den ersten bzw. zweiten Mikrokanälen 32 und 33 fließen, in einer solchen Weise zugeführt, daß der Fluß der inhaltsbildenden Phase 38 sich mit den Flüssen der kontinuierlichen Phasen 34 und 35 verbindet. Dadurch werden die Mikrotröpfchen 39 zum Bilden von Inhalten gebildet.
Anschließend wird die schalenbildende Phase 45, die die ersten und zweiten kontinuierlichen Phasen 34 und 35 zusammengemischt enthält, zu den kontinuierlichen Phase 42 und 43 zugeführt, die in den dritten und vierten Mikrokanälen 40 und 41 fließen, in einer solchen Weise, daß der Fluß der schalenbildenden Phase 45 sich mit der Verbindungsstelle der Flüsse der dritten und vierten kontinuierlichen Phasen 42 und 43 verbindet. Dadurch wird ein Überzug zum Bilden einer Schale auf jedem Mikrotröpfchen 39 zum Bilden eines Inhalts gebildet, wodurch jeweils Mikrokapsel 47 gebildet wird.
In dieser Ausführungsform enthält die Mikrokapsel 47 das einzelne Mikrotröpfchen 39. Jedoch kann die Mikrokapsel 47 eine Vielzahl der Mikrotröpfchen 39 enthalten.
9 zeigt die Teilchengröße, die durch Variation der Höhe (die in den Druck umgewandelt werden kann) der kontinuierlichen Phasen und Dispersionsphasen erhalten wird, wenn die ersten und zweiten Mikrokanäle 32 und 33 und der Inhaltsbildungsphasenzuführkanal 37 eine Breite von 100 μm und eine Höhe von 100 μm aufweisen und der Kanal, in dem die Mikrotröpfchen 39 vorliegen, eine Breite von 500 μm und eine Höhe von 100 μm aufweist. Es ist klar, daß die Teilchengröße durch Variation der Höhe (die in den Druck umgewandelt werden kann) der kontinuierlichen Phasen und der Dispersionsphasen gesteuert werden kann.
10 ist eine Veranschaulichung, die einen Mechanismus zum Auswerfen einer Dispersionsphase, einer schalenbildenden Phase oder einer inhaltsbildenden Phase, die in einer Mikrotröpfchenherstellungsvorrichtung angeordnet sind, zeigt. 10(a) ist eine Veranschaulichung, die eine solche Situation zeigt, daß piezoelektrische Betätigungsvorrichtungen ausgedehnt sind und daher eine solche Phase nicht ausgeworfen wird, und 10(b) ist eine Veranschaulichung, die eine solche Situation zeigt, daß die piezoelektrischen Betätigungsvorrichtungen kontrahiert sind, um die Phase auszuwerfen.
In diesen Figuren stellt Bezugszeichen 51 ein Substrat dar, Bezugszeichen 52 stellt eine angetriebene Platte dar, Bezugszeichen 53 stellt Kautschuk dar, Bezugszeichen 54 stellt die piezoelektrischen Betätigungsvorrichtungen dar, die jeweils an den korrespondierenden Enden der angetriebenen Platte 52 angeordnet sind, Bezugszeichen 55a–55d stellen eine Vielzahl von Zuführöffnungen dar und Bezugszeichen 56a–56d stellen eine Vielzahl von Kanälen dar, die für eine Einzeldisperionsphase angeordnet sind. Ein Gegendruck wird auf den Bodenbereich der Dispersionsphase beaufschlagt.
Wie in 10(a) gezeigt ist, ist eine Vielzahl der Kanäle 56a–56d angeordnet, und die Dispersionsphase kann daraus zum Zeitpunkt ausgeworfen werden, wenn die piezoelektrischen Betätigungsvorrichtungen 54 kontrahiert sind, wie in 10(b) gezeigt ist.
Verschiedene Betätigungsvorrichtungen können anstelle der obigen piezoelektrischen Betätigungsvorrichtungen verwendet werden.
11 ist eine Veranschaulichung, die einen Mechanismus zum Auswerfen einer Dispersionsphase, einer schalenbildenden Phase oder einer inhaltsbildenden Phase zeigt, die in einer Vorrichtung zur Herstellung von Mikrotröpfchen angeordnet sind. 11(a) ist eine Veranschaulichung, die eine solche Situation zeigt, bei der eine bimorphe Betätigungsvorrichtung nicht gekrümmt ist und daher eine solche Phase nicht ausgeworfen wird, 11(b) ist eine Veranschaulichung, die eine solche Situation zeigt, bei der die bimorphe Betätigungsvorrichtung gekrümmt ist, wodurch die Phase ausgeworfen wird.
In diesen Figuren stellt Bezugszeichen 61 die bimorphe Betätigungsvorrichtung dar, Bezugszeichen 62 stellt eine fixierte Platte dar, Bezugszeichen 63 stellt Kautschuk dar, Bezugszeichen 64a–64d stellen eine Vielzahl von Zuführöffnungen dar und Bezugszeichen 65a–65d stellen eine Vielzahl von Kanälen dar, die für eine Einzeldispersionsphase angeordnet sind. Ein Gegendruck wird auf den Bodenbereich der Dispersionsphase beaufschlagt.
Wie in 11(a) gezeigt ist, ist eine Vielzahl der Kanäle 65a–65d angeordnet, und die Dispersionsphase kann daraus zu der Zeit durch den Betrieb (Nach-oben-biegen) der bimorphen Betätigungsvorrichtung 61 ausgeworfen werden, wie es in 11(b) gezeigt ist.
12 ist eine Veranschaulichung, die einen Mechanismus zum Auswerfen einer Dispersionsphase, einer schalenbildenden Phase oder einer inhaltsbildenden Phase zeigt, die in einer Vorrichtung zur Herstellung von Mikrotröpfchen angeordnet sind. 12(a) ist eine Veranschaulichung, die eine solche Situation zeigt, daß ein elektrostriktives Polymer nicht mit Energie beaufschlagt ist und daher eine solche Phase nicht ausgeworfen wird, und 12(b) ist eine Veranschaulichung, die eine solche Situation zeigt, daß das elektrostriktive Polymer mit Energie beaufschlagt ist (kontrahiert ist), wodurch die Phase ausgeworfen wird.
In diesen Figuren stellt Bezugszeichen 71 ein Substrat dar, Bezugszeichen 72 stellt eine angetriebene Platte dar, Bezugszeichen 73 stellt das elektrostriktive Polymer dar, Bezugszeichen 74a–74d stellen eine Vielzahl von Zuführöffnungen dar und Bezugszeichen 75a–75d stellen eine Vielzahl von Kanälen dar, die für eine Einzeldispersionsphase angeordnet sind. Ein Gegendruck wird auf den Bodenbereich der Dispersionsphase beaufschlagt.
Wie in 12(a) gezeigt ist, ist eine Vielzahl der Kanäle 75a–75d angeordnet, und die Dispersionsphase kann daraus zu dem Zeitpunkt des Betriebs (Kontraktion) des elektrostriktiven Polymers 73 ausgeworfen werden, wie es in 12(b) gezeigt ist.
13 ist eine Veranschaulichung, die einen Mechanismus zum Öffnen oder Schließen einer Dispersionsphasenzuführöffnung einer Vorrichtung zum Herstellen von Mikrotröpfchen zeigt. 13(a) ist eine Veranschaulichung, die eine solche Situation zeigt, daß piezoelektrische Betätigungsvorrichtungen nicht mit Energie beaufschlagt sind (kontrahiert sind) und daher Tore für eine Phase geöffnet sind, und 13(b) ist eine Veranschaulichung, die eine solche Situation zeigt, daß die piezoelektrischen Betätigungsvorrichtungen mit Energie beaufschlagt sind (expandiert sind) und dadurch die Tore für die Phase geschlossen sind.
In diesen Figuren stellt Bezugszeichen 81 ein Substrat dar, Bezugszeichen 82 stellt Kautschuk dar, Bezugszeichen 83 stellt eine angetriebene Platte dar, Bezugszeichen 84 stellt die piezoelektrischen Betätigungsvorrichtungen dar, Bezugszeichen 85 stellt eine fixierte Platte dar und Bezugszeichen 86a–86d stellen eine Vielzahl der Tore dar.
Wie in diesen Figuren gezeigt ist, ist eine Vielzahl der Tore 86a–86d angeordnet, und all die Tore für die Phase können durch die Betätigung der zwei piezoelektrischen Betätigungsvorrichtungen 84, die an beiden Seiten angeordnet sind, geschlossen werden.
Verschiedene Betätigungsvorrichtungen können anstelle der obigen Betätigungsvorrichtungen verwendet werden.
14 ist eine Veranschaulichung, die einen Mechanismus zum Öffnen oder Schließen einer Dispersionsphasenzuführöffnung einer Vorrichtung zum Herstellen von Mikrotröpfchen zeigt. 14(a) ist eine Veranschaulichung, die eine solche Situation zeigt, daß eine bimorphe Betätigungsvorrichtung nicht mit Energie beaufschlagt ist (nicht gekrümmt ist) und daher Tore für eine Phase geöffnet sind, und 14(b) ist eine Veranschaulichung, die eine solche Situation zeigt, daß die bimorphe Betätigungsvorrichtung mit Energie beaufschlagt ist (nach unten gekrümmt ist) und dadurch die Tore für die Phase geschlossen sind.
In diesen Figuren stellt Bezugszeichen 91 ein Substrat dar, Bezugszeichen 92 stellt Kautschuk dar, Bezugszeichen 93 stellt die bimorphe Betätigungsvorrichtung dar und Bezugszeichen 94a–94d stellen eine Vielzahl der Tore dar.
Wie in diesen Figuren gezeigt ist, ist eine Vielzahl der Tore 94a–94d angeordnet, und alle Tore können gleichzeitig durch die Betätigung der bimorphen Betätigungsvorrichtung 93 geschlossen werden.
15 ist eine Veranschaulichung, die einen Mechanismus zum Öffnen oder Schließen einer Dispersionsphasenzuführöffnung einer Vorrichtung zum Herstellen von Mikrotröpfchen zeigt. 15(a) ist eine Veranschaulichung, die eine solche Situation zeigt, daß ein elektrostriktives Polymer nicht mit Energie beaufschlagt ist und daher Tore für eine Phase geöffnet sind, und 15(b) ist eine Veranschaulichung, die eine solche Situation zeigt, daß das elektrostriktive Polymer mit Energie beaufschlagt ist (kontrahiert ist) und dadurch die Tore für die Phase geschlossen sind.
In diesen Figuren stellt Bezugszeichen 101 ein Substrat dar, Bezugszeichen 102 stellt eine angetriebene Platte dar, Bezugszeichen 103 stellt das elektrostriktive Polymer und Bezugszeichen 104a–104d stellen eine Vielzahl der Tore dar.
Wie in 15(a) gezeigt ist, sind eine Vielzahl der Tore 104a–104d geöffnet, wenn das elektrostriktive Polymer 103 nicht mit Energie beaufschlagt ist (expandiert ist). Wie in 15(b) gezeigt ist, ist eine Vielzahl der Tore 104a–104d gleichzeitig geschlossen, wenn das elektrostriktive Polymer 103 mit Energie beaufschlagt ist (kontrahiert ist).
16 ist eine Aufsicht, die eine Vorrichtung zur Herstellung einer Emulsion zeigt. 16(a) ist eine Aufsicht, die die Vorrichtung zur Herstellung einer Emulsion zeigt, zu der eine Dispersionsphase noch nicht zugeführt worden ist, 16(b) ist eine Aufsicht, die die Vorrichtung zur Herstellung einer Emulsion zeigt, zu der Flüssigkeit zugegeben worden ist, und 16(c) ist eine Veranschaulichung, die eine solche Situation zeigt, daß ein großes Tröpfchen für die Vorrichtung zur Herstellung einer Emulsion eingestellt ist und Mikrotröpfchen (Emulsion) aufgrund eines sich bewegenden elektrischen Feldes, das durch statische Elektrizität induziert wird, erzeugt werden.
In diesen Figuren stellt Bezugszeichen 111 ein Substrat dar, Bezugszeichen 112 stellt Elektroden dar, die auf dem Substrat 111 angeordnet sind, Bezugszeichen 113 stellt einen Mikrokanal dar, der oberhalb des Substrats 111 mit den Elektroden 112 darauf angeordnet ist, Bezugszeichen 114 stellt eine Dispersionsphase dar und Bezugszeichen 115 stellt eine Emulsion dar, die dadurch gebildet wird, daß die Dispersionsphase 114 durch den Mikrokanal 113 gelangt.
In dieser Ausführungsform sind die Elektroden 112 senkrecht zum Mikrokanal 113 angeordnet, und ein sich bewegendes elektrisches Feld wird auf die Elektroden 112 beaufschlagt, wodurch die Emulsion 115 gebildet wird. Die Emulsion 115 wird in der Richtung senkrecht zu den Elektroden (in der Abwärtsrichtung hierin) abhängig von dem sich bewegenden elektrischen Feld, das durch die statische Elektrizität induziert wird, die auf die Elektroden 112 beaufschlagt wird, geführt.
Die Geschwindigkeit zur Bildung der Mikrotröpfchen kann durch Variation der Bewegungsgeschwindigkeit des sich bewegenden elektrischen Feldes geändert werden.
17 ist eine Aufsicht, die eine Vorrichtung zur Herstellung einer Emulsion zeigt. 17(a) ist eine Aufsicht, die die Vorrichtung zur Herstellung einer Emulsion zeigt, zu der eine Dispersionsphase noch nicht zugegeben worden ist, und 17(b) ist eine Veranschaulichung, die eine solche Situation zeigt, daß die Dispersionsphase zur Vorrichtung zur Herstellung einer Emulsion zugegeben worden ist, wodurch eine Emulsion gebildet wird.
In diesen Figuren stellt Bezugszeichen 121 ein Substrat dar, Bezugszeichen 122 stellt Elektroden dar, die auf dem Substrat 121 angeordnet sind, Bezugszeichen 123 stellt einen Mikrokanal dar, der oberhalb des Substrats 121 mit den Elektroden 122 darauf angeordnet ist, Bezugszeichen 124 stellt eine Dispersionsphase dar und Bezugszeichen 125 stellt eine Emulsion dar, die dadurch gebildet wird, daß die Dispersionsphase 124 durch den Mikrokanal 123 gelangt.
In dieser Ausführungsform sind auf der Ausgangsseite des Mikrokanals 123 die Elektroden 122 senkrecht angeordnet und dadurch wird die gebildete Emulsion 125 in der horizontalen Richtung abhängig von einer statischen Elektrizität, die auf die Elektroden 122 beaufschlagt wird, geführt.
18 ist eine Veranschaulichung, die eine Vorrichtung zur Bildung einer Emulsion zeigt. 18(a) ist eine schematische Ansicht, die die Gesamtkonfiguration der Vorrichtung zur Bildung einer monodispergierten Emulsion zeigt, und 18(a-1) ist die Aufrißansicht der linken Seite derselben, 18(a-2) ist eine schematische Aufsicht derselben, 18(a-3) ist die Aufrißansicht der rechten Seite derselben. 18(b) ist eine Veranschaulichung, die eine erste Verbindungsstelle zeigt, und 18(c) ist eine Veranschaulichung, die eine zweite Verbindungsstelle zeigt.
In diesen Figuren stellt Bezugszeichen 131 einen Hauptkörper der Vorrichtung zur Bildung einer Emulsion dar, Bezugszeichen 132 stellt einen Mikrokanal dar, in dem eine Dispersionsphase fließt, Bezugszeichen 133 stellt einen Mikrokanal dar, in dem eine erste kontinuierliche Phase fließt, Bezugszeichen 134 stellt einen Mikrokanal dar, in dem eine zweite kontinuierliche Phase fließt, Bezugszeichen 135 stellt die erste Verbindungsstelle dar, an der sich die Flüsse der Dispersionsphase und der ersten kontinuierlichen Phase miteinander verbinden, Bezugszeichen 136 stellt die zweite Verbindungsstelle dar, an der sich Flüsse der Dispersionsphase, der ersten kontinuierlichen Phase und der zweiten kontinuierlichen Phase miteinander verbinden, Bezugszeichen 137 stellt die erste kontinuierliche Phase dar, Bezugszeichen 138 stellt die Dispersionsphase dar, Bezugszeichen 139 stellt die zweite kontinuierliche Phase dar und Bezugszeichen 140 stellt eine gebildete Emulsion dar.
In dieser Ausführungsform werden die Flüsse der Dispersionsphase 138 und der ersten kontinuierlichen Phase 137 an der ersten Verbindungsstelle 135 miteinander verbunden, wodurch ein zweiphasiger Fluß enthaltend die erste kontinuierliche Phase 137 und die Dispersionsphase 138 gebildet wird. An der zweiten Verbindungsstelle 136 werden ein Fluß der zweiten kontinuierlichen Phase 139 und der zweiphasige Fluß enthaltend die erste kontinuierliche Phase 137 und die Dispersionsphase 138 miteinander verbunden, und dadurch wird die Emulsion 140 aus der Dispersionsphase 138 gebildet.
Gemäß dieser Ausführungsform gibt es einen Vorteil, indem eine Emulsion mit einer Größe kleiner als die Breite der Kanäle leicht gebildet werden kann.
19 ist eine Veranschaulichung, die eine Vorrichtung zum Bilden einer Mikrokapsel zeigt. 19(a) ist eine schematische Ansicht, die die Gesamtkonfiguration der Vorrichtung zum Bilden einer Mikrokapsel zeigt, und 19(a-1) ist die Aufrißansicht der linken Seite derselben, 19(a-2) ist eine schematische Aufsicht derselben, 19(a-3) ist die Aufrißansicht der rechten Seite derselben. 19(b) ist eine Veranschaulichung, die eine erste Verbindungsstelle zeigt, und 19(c) ist eine Veranschaulichung, die eine zweite Verbindungsstelle zeigt.
In diesen Figuren stellt Bezugszeichen 141 einen Hauptkörper der Vorrichtung zum Bilden einer Mikrokapsel dar, Bezugszeichen 142 stellt einen Mikrokanal dar, in dem eine Dispersionsphase (beispielsweise Wasser) fließt, Bezugszeichen 143 stellt einen Mikrokanal dar, in dem eine erste kontinuierliche Phase (beispielsweise Öl) fließt, Bezugszeichen 144 stellt einen Mikrokanal dar, in dem eine zweite kontinuierliche Phase (beispielsweise Wasser) fließt, Bezugszeichen 145 stellt die erste Verbindungsstelle dar, bei der sich Flüsse der Dispersionsphase und der ersten kontinuierlichen Phase miteinander verbinden, Bezugszeichen 146 stellt die zweite Verbindungsstelle dar, bei der sich Flüsse der Dispersionsphase, der ersten kontinuierlichen Phase und der zweiten kontinuierlichen Phase miteinander verbinden, Bezugszeichen 147 stellt die erste kontinuierliche Phase dar, Bezugszeichen 148 stellt die Dispersionsphase dar, Bezugszeichen 149 stellt eine Emulsion (beispielsweise Wasser) dar, Bezugszeichen 150 stellt die zweite kontinuierliche Phase dar und Bezugszeichen 151 stellt gebildete Mikrokapseln dar. Die Mikrokapseln 151 können eine oder mehrere Emulsionen 149 enthalten.
20 ist eine Veranschaulichung, die eine Konfiguration einer Vorrichtung zeigt, wobei die Vorrichtung zum Bilden einer großen Menge von Mikrotröpfchen (Emulsion/Mikrokapseln) unter Verwendung der elastischen Deformation von Kautschuk verwendet werden kann. 21 ist eine Veranschaulichung, die den Betrieb einer ersten Bildungsvorrichtung dafür zeigt.
In diesen Figuren stellt Bezugszeichen 160 einen Linearmotor dar, Bezugszeichen 161 stellt eine Flüssigkeitskammer dar, Bezugszeichen 162 stellt eine Abdeckung dar, Bezugszeichen 163 stellt eine Dispersionsphase dar, Bezugszeichen 164 stellt eine obere rostfreie Platte dar, Bezugszeichen 165 stellt ein Kautschukelement dar, Bezugszeichen 166 stellt eine untere rostfreie Platte dar, Bezugszeichen 167 stellt Mikrokanäle dar, Bezugszeichen 168 stellt eine kontinuierliche Phase dar und Bezugszeichen 169 stellt eine gebildete Emulsion (Mikrotröpfchen) dar. Eine weitere Betätigungsvorrichtung, die eine piezoelektrische Betätigungsvorrichtung einschließt, kann anstelle des Linearmotors 160, der als eine Betätigungsvorrichtung fungiert, verwendet werden.
Wenn der Linearmotor 160 betrieben wird, um einen Druck auf die Flüssigkeitskammer 161 zu beaufschlagen (siehe 21(a)), zu der ein Gegendruck beaufschlagt wird von oben, wird das Kautschukelement 165, das zwischen der oberen rostfreien Platte 164 und der unteren rostfreien Platte 166 angeordnet ist, zusammengedrückt (siehe 21(b)), und dadurch wird ein Teil der Dispersionsphase 163 abgetrennt und dann aus jedem Mikrokanal 167 ausgeworfen, wodurch die Mikrotröpfchen 169 gebildet werden. Da in dieser Konfiguration eine große Anzahl der Mikrokanäle 167 sich durch die obere rostfreie Platte 164, das Kautschukelement 165 und die untere rostfreie Platte 166 erstreckt, kann eine große Menge der Mikrotröpfchen 169 leicht durch den Betrieb des Linearmotors 160 zu einer gegebenen Zeit hergestellt werden.
22 ist eine Veranschaulichung, die den Betrieb einer zweiten Vorrichtung, die in 20 gezeigt ist, zum Bilden einer großen Menge von Mikrotröpfchen zeigt.
In dieser Ausführungsform wird eine Vielzahl der Mikrokanäle 167 jeweils mit einem schmalen Abschnitt 167B mit einem sich verjüngenden Bereich 167A durch Einengen eines unteren Kanalbereichs gebildet.
Wenn der Linearmotor 160 betrieben wird, um einen Druck auf die Flüssigkeitskammer 161 (siehe 22(a)) zu beaufschlagen, zu der ein Gegendruck von oben beaufschlagt wird, wird das Kautschukelement 165, das zwischen der oberen rostfreien Platte 164 und der unteren rostfreien Platte 166 angeordnet ist, von oben zusammengedrückt (siehe 22(b)), und dadurch wird ein Teil der Dispersionsphase 163 abgetrennt und dann aus jedem Mikrokanal 167 ausgeworfen, wodurch die Mikrotröpfchen 169 gebildet werden. Da in dieser Konfiguration jeder Mikrokanal 167 den schmalen unteren Bereich mit jeweils zulaufendem Bereich 167A aufweist, können die Mikrotröpfchen 169 effizient in der Abwärtsrichtung ausgeworfen werden.
23 ist eine Veranschaulichung, die den Betrieb einer dritten Vorrichtung, die in 20 gezeigt ist, zum Bilden einer großen Menge von Mikrotröpfchen zeigt.
In dieser Ausführungsform weist eine Vielzahl der Mikrokanäle 167 jeweils einen schmalen Abschnitt 167E auf, der einen ersten sich verjüngenden Bereich 167C aufweist, der durch Einengen eines unteren Kanalbereichs gebildet ist, und einen zweiten sich verjüngenden Bereich 167D, der durch Expandieren eines weiteren unteren Kanalbereichs gebildet ist.
Wenn der Linearmotor 160 betätigt wird, um einen Druck auf die Flüssigkeitskammer 161 (siehe 23a)) zu beaufschlagen, zu der ein Gegendruck von oben beaufschlagt wird, wird das Kautschukelement 165, das zwischen der oberen rostfreien Platte 164 und der unteren rostfreien Platte 166 angeordnet ist, von oben zusammengedrückt (siehe 23(b)), und dadurch wird ein Teil der Dispersionsphase 163 abgetrennt und dann von jedem Mikrokanal 167 ausgeworfen, wodurch Mikrotröpfchen 169' gebildet werden. In dieser Konfiguration wird jedes Mikrotröpfchen 169' bei jedem Mikrokanal 167 mit dem ersten sich verjüngenden Bereich 167C abgetrennt, und das Mikrotröpfchen 169', das durch Abtrennen eines Teils der Dispersionsphase gebildet wird, wird entlang des zweiten sich verjüngenden Bereichs 167D in der Abwärtsrichtung geführt und dann wirksam ausgeworfen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen begrenzt, und verschiedene Modifikationen können innerhalb des Umfangs der Erfindung, wie sie durch die Ansprüche definiert ist, durchgeführt werden.
Wie oben im Detail beschrieben wird, kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine Emulsion schnell in einer einfachen Art und Weise gebildet werden.
Ferner kann die gebildete Emulsion in eine vorgegebene Richtung geführt werden und die Geschwindigkeit der Bildung der Emulsion variiert werden.
Ferner kann die Emulsion in einem großen Maßstab hergestellt werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Herstellen einer Emulsion gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Emulsion schnell in einer einfachen Art und Weise gebildet werden. Ein solches Verfahren ist für das Gebiet der Arzneimittelherstellung und der Biotechnologie geeignet.

Claims

Vorrichtung zum Erzeugen einer Emulsion, welche umfaßt: (a) ein elastisches Bauteil (165), das zwischen starren Bauteilen (164, 166) angeordnet ist, platziert an einem unteren Abschnitt einer Flüssigkeitskammer (161) für eine Dispersionsphase mit einer Vielzahl von Mikrokanälen (167) darin; (b) eine Betätigungsvorrichtung zum Beaufschlagen einer Spannung an dem elastischen Bauteil (165); und (c) eine kontinuierliche Phase (168), die kommunikativ mit einer Vielzahl der Mikrokanäle (167) verbunden ist.
Vorrichtung zum Erzeugen einer Emulsion nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl der Mikrokanäle (167) jeweils einen Abschnitt aufweist, dessen Durchmesser vermindert ist, mit einem sich verjüngenden Bereich (167A).
Vorrichtung zum Erzeugen einer Emulsion nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl der Mikrokanäle (167) jeweils einen unteren Abschnitt aufweist, dessen Durchmesser vermindert ist, mit einem ersten sich verjüngenden Bereich (167C) und ebenfalls jeweils mit einem Vorsprung mit einem zweiten sich verjüngenden Bereich (167D) zum Erhöhen des Durchmessers eines weiter unteren Abschnitts.