JP2003024753A - Microextractor - Google Patents

Microextractor

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JP2003024753A
JP2003024753A JP2001220186A JP2001220186A JP2003024753A JP 2003024753 A JP2003024753 A JP 2003024753A JP 2001220186 A JP2001220186 A JP 2001220186A JP 2001220186 A JP2001220186 A JP 2001220186A JP 2003024753 A JP2003024753 A JP 2003024753A
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JP
Japan
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microchannels
partition wall
micro
partition
microextractor
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Application number
JP2001220186A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuaki Honda
宣昭 本田
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Azbil Corp
Original Assignee
Azbil Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microextractor having simple constitution increasing the tolerance width of the differential pressure ΔP between two kinds of fluids respectively guided to two microchannels and usable under simple control. SOLUTION: The microextractor is equipped with two microchannels 1 and 2 demarcated by a partition wall 3 having a plurality of fine holes 4 to be provided in parallel to each other and the partition wall is especially realized as a membrane deformed corresponding to the pressure difference between the fluids flowing through the respective microchannels to change the cross-sectional areas of the microchannels. Preferably, the partition wall has a wavy deformable part 5 formed along the fluid passing direction of the microchannels.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロリアクタ
を用いた微小空間内での化学反応により合成された生成
物を分離・抽出するに好適なマイクロ抽出器に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a microextractor suitable for separating and extracting a product synthesized by a chemical reaction in a micro space using a microreactor.

【0002】[0002]

【関連する背景技術】マイクロリアクタを用いて合成さ
れた生成物の分離・抽出は、例えば図1にその概略構成
を示すように、複数の細孔3を有する隔壁4により区画
されて平行に設けられた2つのマイクロチャネル1,2
を備えたマイクロ抽出器を用いて行われる。ちなみにマ
イクロリアクタは、微小な流路断面積の流体通流路を形
成したマイクロチャネルに反応性のある2種類の流体を
導き、これらの流体を互いに接触させてマイクロ化学反
応を生起するものである。このようなマイクロリアクタ
により生成された物質をマイクロ抽出器を用いて分離・
抽出することで、例えばバイオ・ケミカル反応を伴う特
定物質の検出や、マイクロ領域での化学反応メカニズム
の分析が行われる。
2. Related Background Art Separation and extraction of products synthesized by using a microreactor are provided in parallel by being partitioned by partition walls 4 having a plurality of pores 3 as shown in the schematic configuration of FIG. Two micro channels 1, 2
Is performed using a microextractor equipped with. By the way, the microreactor introduces two kinds of reactive fluids into a microchannel in which a fluid communication channel having a minute channel cross-sectional area is formed, and these fluids are brought into contact with each other to cause a microchemical reaction. Separation of substances produced by such a microreactor using a microextractor
By extracting, for example, detection of a specific substance accompanied by a biochemical reaction or analysis of a chemical reaction mechanism in a micro area is performed.

【0003】尚、上記マイクロリアクタやマイクロ抽出
器における各マイクロチャネルの流路断面積は、一般的
には10〜500μm角程度であり、このような微小な
流路断面積のマイクロチャネルは、シリコンをエッチン
グする等のマイクロマシンニング技術を用いて形成され
る。
The flow channel cross-sectional area of each microchannel in the above microreactor or microextractor is generally about 10 to 500 μm square, and such a microchannel having a minute flow channel cross-sectional area is made of silicon. It is formed using a micromachining technique such as etching.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところでマイクロ抽出
器は、基本的には2つのマイクロチャネル1,2に第1
および第2の不混和性流体A,Bをそれぞれ通流させ、
流体Bに含まれる特定の溶質Cを前記隔壁3に設けられ
た細孔4を通してマイクロチャネル1(流体A)側に拡
散移動させることで、上記流体Bの中から上記特定の溶
質Cだけを分離・抽出するものである。
By the way, the micro-extractor basically consists of two micro-channels 1 and 2.
And the second immiscible fluids A and B, respectively,
The specific solute C contained in the fluid B is diffused and moved to the microchannel 1 (fluid A) side through the pores 4 provided in the partition wall 3 to separate only the specific solute C from the fluid B.・ It is to be extracted.

【0005】この場合、2つのマイクロチャネル1,2
にそれぞれ通流させる不混和性流体A,B間に許容され
る差圧ΔPは、不混和性流体A,Bの界面張力をγ、細
孔4に対する接触角をθ、そして細孔4の径をdとした
とき、一般的には ΔP =(4γcosθ)/d として表される。これ故、許容差圧ΔPを大きく設定し
てマイクロ抽出器の使用条件を緩和するには、界面張力
γが不混和性流体A,Bの種類により一義的に決定され
るので、接触角θを調整して(cosθ)の成分を大きく
するか、或いは細孔4の径dを小さくすることが必要で
ある。
In this case, two micro channels 1, 2
The differential pressure ΔP allowed between the immiscible fluids A and B, which are made to flow through, respectively, is such that the interfacial tension of the immiscible fluids A and B is γ, the contact angle to the pores 4 is θ, and the diameter of the pores 4 is Is generally expressed as ΔP 2 = (4γ cos θ) / d 2. Therefore, in order to set the allowable differential pressure ΔP large and relax the usage conditions of the microextractor, the interfacial tension γ is uniquely determined by the types of immiscible fluids A and B. It is necessary to adjust to increase the component of (cos θ) or to reduce the diameter d of the pores 4.

【0006】しかしながら接触角θを調整しても上記
(cosθ)の成分を最大[1]にしかすることができず、
また隔壁3における表面の汚れに起因して接触角θ自体
が変化し易い。これに対して細孔4の径dを小さくする
場合、径dを小さくするに従ってその加工が困難化し、
しかも複数の細孔4による全体的な開口面積を確保する
ことも困難となる。しかも細孔4の径dが小さくなるに
従って、マイクロチャネルにおける拡散速度が小さくな
る。従って細孔4の径dを小さくするにも限界がある。
これ故、マイクロ抽出器における2種類の不混和性流体
A,B間に許容される差圧ΔPに自ずと限界があり、マ
イクロ抽出器に導く流体A,Bの圧力(流量)をそれぞ
れ調整する上で、精密なプロセス制御が要求されると言
う問題があった。
However, even if the contact angle θ is adjusted, the above component (cos θ) can only be maximized to [1],
Further, the contact angle θ itself is likely to change due to the dirt on the surface of the partition wall 3. On the other hand, when the diameter d of the pores 4 is reduced, the processing becomes difficult as the diameter d is reduced,
Moreover, it becomes difficult to secure the entire opening area by the plurality of pores 4. Moreover, as the diameter d of the pores 4 decreases, the diffusion rate in the microchannel decreases. Therefore, there is a limit in reducing the diameter d of the pores 4.
Therefore, the differential pressure ΔP allowed between the two types of immiscible fluids A and B in the micro-extractor is naturally limited, and the pressure (flow rate) of the fluids A and B introduced to the micro-extractor is adjusted respectively. Therefore, there is a problem that precise process control is required.

【0007】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、2つのマイクロチャネルにそれ
ぞれ導かれる2種類の流体間の差圧ΔPの許容幅を広く
し、低コストな簡易な制御の下での使用を可能とする簡
易な構成のマイクロ抽出器を提供することにある。
The present invention has been made in consideration of such circumstances, and its purpose is to widen the allowable range of the differential pressure ΔP between two kinds of fluids respectively guided to two microchannels, and to reduce the cost. An object of the present invention is to provide a micro-extractor having a simple structure that enables use under simple control.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明に係るマイクロ抽出器は、複数の細孔を有す
る隔壁により区画されて平行に設けられた2つのマイク
ロチャネルを備えたものであって、特に前記隔壁を、前
記各マイクロチャネルをそれぞれ流れる流体の圧力差に
応じて変形して前記各マイクロチャネルの流路断面積を
変化させるメンブランとして実現することを特徴として
いる。
In order to achieve the above-mentioned object, a micro-extractor according to the present invention comprises two micro-channels which are defined in parallel by partition walls having a plurality of pores and which are provided in parallel. In particular, it is characterized in that the partition wall is realized as a membrane that deforms according to the pressure difference of the fluids flowing through the respective microchannels to change the channel cross-sectional area of the respective microchannels.

【0009】好ましくは前記メンブランからなる隔壁
を、前記マイクロチャネルの流体通流方向に沿って形成
された波形の変形部を備えたものとして構成する。この
波形の変形部を備えた隔壁については、例えば各マイク
ロチャネルをそれぞれ形成するシリコン体の前記隔壁を
なす部位を選択的に異方性エッチングまたは等方性エッ
チングして波形の溝を形成し、この波形の溝を含むシリ
コン体の表面に隔壁をなす所定厚みの膜を形成し、その
後、この膜の下部に位置するシリコン体を除去するよう
にすれば良い。或いは上記波形の溝を含むシリコン体の
表面を所定の厚みに亘ってポーラス化し、その後、前記
シリコン体のポーラス化され表面層(ポーラスシリコン
層)の下部に位置するシリコン体を除去して形成すれば
良い。
Preferably, the partition wall composed of the membrane is provided with a corrugated deformation portion formed along the fluid flow direction of the microchannel. Regarding the partition having the corrugated deformed portion, for example, a portion forming the partition of the silicon body forming each microchannel is selectively anisotropically etched or isotropically etched to form a corrugated groove, A film having a predetermined thickness forming a partition wall may be formed on the surface of the silicon body including the corrugated groove, and then the silicon body located under the film may be removed. Alternatively, it may be formed by making the surface of the silicon body including the corrugated groove porous over a predetermined thickness, and then removing the porous silicon body located under the surface layer (porous silicon layer). Good.

【0010】また本発明に係る別のマイクロ抽出器は、
前記各マイクロチャネルの前記隔壁に対向する壁面を、
該マイクロチャネルをそれぞれ流れる流体の圧力に応じ
て弾性変形して前記各マイクロチャネルの流路断面積を
変化させるメンブランとして実現することを特徴とす
る。即ち、マイクロチャネルの壁面を構成する前記隔壁
以外の壁面を、そのマイクロチャネルに流れる流体の圧
力に応じて弾性変形するように構成し、これによってそ
の流路断面積を変化させるようにしても良い。
Another micro-extractor according to the present invention is
A wall surface facing the partition wall of each microchannel,
It is realized as a membrane that elastically deforms according to the pressure of a fluid flowing through each of the microchannels to change the flow passage cross-sectional area of each of the microchannels. That is, the wall surface other than the partition wall forming the wall surface of the micro channel may be configured to be elastically deformed according to the pressure of the fluid flowing in the micro channel, thereby changing the flow passage cross-sectional area. .

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態に係るマイクロ抽出器について説明する。図2
はこの実施形態に係るマイクロ抽出器の概略構成を示す
斜視図である。このマイクロ抽出器は、隔壁3により区
画されて上下2段に平行に設けられた第1および第2の
マイクロチャネル1,2を備えて構成される。上記隔壁
3は、複数の細孔4を有するもので、特にマイクロチャ
ネル1,2における流体の流体通流方向に沿って形成さ
れた波形の変形部5をその周辺部に備えたメンブラン
(薄膜体)からなる。そしてこのメンブランからなる隔
壁3は、マイクロチャネル1,2をそれぞれ通流する流
体の圧力差(差圧)に応じて上記変形部5を変形させて
その主面位置を変位させ、これによって前記各マイクロ
チャネル1,2の流路断面積を所定の範囲で可変するも
のとなっている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A micro-extractor according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Figure 2
FIG. 3 is a perspective view showing a schematic configuration of a micro-extractor according to this embodiment. This micro-extractor is configured to include first and second micro-channels 1 and 2 which are partitioned by a partition wall 3 and are provided in parallel in two stages above and below. The partition wall 3 has a plurality of pores 4, and in particular, a membrane (thin film body) having a corrugated deformable portion 5 formed along the fluid flow direction of the fluid in the microchannels 1 and 2 in the peripheral portion thereof. ) Consists of. The partition wall 3 made of this membrane deforms the deforming portion 5 according to the pressure difference (differential pressure) of the fluids flowing through the microchannels 1 and 2, respectively, and displaces the main surface position thereof. The flow channel cross-sectional areas of the microchannels 1 and 2 are variable within a predetermined range.

【0012】即ち、このマイクロ抽出器における隔壁3
は、例えば図3にその平面構造を模式的に示すように、
その主面3aの全域に亘って複数の細孔4を穿設し、ま
た周辺部に沿って形成された複数条の波形をなす変形部
5を介して上記主面3aを面方向に変位可能に支持した
構造を有する。そしてこの隔壁3は、図4に2つのマイ
クロチャネル1,2を区画してマイクロ抽出器に組み込
まれた状態を断面図として示すように、2つのマイクロ
チャネル1,2をそれぞれ通流する流体の圧力P1,P2
の差ΔPに応じて、その圧力P1,P2が均衡するよう
にその主面3aを位置変位させ、各マイクロチャネル
1,2の流路断面積を変化させている。
That is, the partition 3 in this micro-extractor
Is, for example, as schematically shown in its planar structure in FIG.
A plurality of pores 4 are bored all over the main surface 3a, and the main surface 3a can be displaced in the surface direction through a plurality of wavy deformation portions 5 formed along the peripheral portion. It has a structure supported by. The partition wall 3 divides the two microchannels 1 and 2 into a microextractor as shown in FIG. 4 as a cross-sectional view and shows the flow of the fluid flowing through the two microchannels 1 and 2, respectively. Pressure P1, P2
The main surface 3a is positionally displaced so that the pressures P1 and P2 are balanced in accordance with the difference ΔP between the two, and the flow channel cross-sectional areas of the microchannels 1 and 2 are changed.

【0013】ちなみにこのような波形の変形部5を有す
る隔壁3により2つのマイクロチャネル1,2を区画し
た構造のマイクロ抽出器は、例えば図5(a)〜(f)に示
すようにして製作される。即ち、マイクロチャネル1を
形成する素材として、例えば(100)面を主面とする
Si基板11を準備する。そしてこのSi(100)基板
11の表面に窒化シリコン(SiNx)膜12を成長さ
せ、フォトリソグラフィを用いてSiNx膜12に、図5
(a)に示すように所定の開口ピッチで複数条からなるス
リット状の孔13を平行に設ける。
Incidentally, a micro-extractor having a structure in which two micro-channels 1 and 2 are partitioned by a partition wall 3 having such a corrugated deformation portion 5 is manufactured as shown in FIGS. 5 (a) to 5 (f), for example. To be done. That is, as a material for forming the microchannel 1, for example, a Si substrate 11 having a (100) plane as a main surface is prepared. Then, a silicon nitride (SiN x ) film 12 is grown on the surface of the Si (100) substrate 11, and the SiN x film 12 is formed on the SiN x film 12 by photolithography.
As shown in (a), a plurality of slit-like holes 13 are provided in parallel at a predetermined opening pitch.

【0014】その後、SiNx膜12をマスクとし、KO
HまたはTMAH(トリメチルアンモニウムハイドライ
ド)を用いて前記Si基板11を異方性エッチングし、
図5(b)に示すように該Si基板11の表面に断面三角
形状をなす複数条の溝からなる凹部14を上記SiNx
12がなすマスクパターン形状に応じて平行に形成す
る。その後、上記SiNx膜12を一旦除去した後、複数
条の凹部14を形成したSi基板11の表面全域に、図
5(c)に示すように隔壁3としての所定厚みのSiN x
15を形成する。次いで図5(d)に示すように、上記S
iNx膜15の前記凹部14に沿って形成された波形の変
形部5からその内側の領域に掛けて、ドライエッチング
等により所定の開口径dからなる複数の孔16(4)を
所定のピッチで形成する。しかる後、上記SiNx膜15
をマスクとし、上述した複数の孔16(4)を介して、
図5(e)に示すようにSi基板11における前記SiNx
膜15の下部領域を等方性エッチングし、前記SiNx
15の下部に空間17を形成して該空間17をマイクロ
チャネルとする。
After that, SiNxKO using the film 12 as a mask
H or TMAH (trimethylammonium hydride
Anisotropically etching the Si substrate 11 using
As shown in FIG. 5B, the surface of the Si substrate 11 has a triangular cross section.
The concave portion 14 having a plurality of grooves having a shape is formed into the above-mentioned SiN.xfilm
It is formed in parallel according to the mask pattern shape formed by 12.
It Then, the above-mentioned SiNxAfter removing the film 12 once,
The entire area of the surface of the Si substrate 11 on which the groove-shaped recess 14 is formed is
As shown in FIG. 5 (c), the partition wall 3 has a predetermined thickness of SiN. xfilm
Form 15. Then, as shown in FIG.
iNxThe corrugation changes formed along the recess 14 of the film 15.
Dry etching from the shape part 5 to the area inside.
A plurality of holes 16 (4) having a predetermined opening diameter d
It is formed at a predetermined pitch. After that, the above SiNxMembrane 15
As a mask, and through the plurality of holes 16 (4) described above,
As shown in FIG. 5E, the SiN on the Si substrate 11 isx
The lower region of the film 15 is isotropically etched to remove the SiNxfilm
A space 17 is formed under 15 and the space 17 is
Channel.

【0015】一方、別のSi基板18の一面に所定の空
間をなす凹部19を形成したチップを準備しておく。そ
して図5(f)に示すようにSi基板18の上記凹部19
を前述したSi基板11上に形成されたSiNx膜15か
らなる隔壁3上に位置合わせし、これらを接合して前記
凹部19を前記SiNx膜15により囲まれた他方のマイ
クロチャネルとする。この結果、SiNx膜15からなる
隔壁3により区画されて、Si基板11に形成された空
間17と、Si基板18に形成された凹部19とにより
2つのマイクロチャネル1,2が形成されることにな
る。そしてSiNx膜15からなる隔壁3は、その周囲に
形成された波形の変形部5により弾性的に支持され、2
つのマイクロチャネル1,2間で変位自在に設けられる
ことになる。
On the other hand, a chip in which a concave portion 19 forming a predetermined space is formed on one surface of another Si substrate 18 is prepared. Then, as shown in FIG. 5F, the recess 19 of the Si substrate 18 is formed.
Is aligned with the partition wall 3 made of the SiN x film 15 formed on the Si substrate 11, and these are joined to form the recess 19 as the other microchannel surrounded by the SiN x film 15. As a result, the two microchannels 1 and 2 are formed by the space 17 formed in the Si substrate 11 and the recess 19 formed in the Si substrate 18, which are partitioned by the partition wall 3 made of the SiN x film 15. become. The partition wall 3 made of the SiN x film 15 is elastically supported by the corrugated deformation portion 5 formed around the partition wall 2.
The two microchannels 1 and 2 are displaceably provided.

【0016】尚、酸化膜を備えたSOIウェハを用いて
マイクロ抽出器を形成する場合には、図6(a)〜(f)に
示すようにすれば良い。即ち、この場合には、ベースと
なるSi基板21上に酸化膜(SiO2膜)22を介して
形成されたSi層23上に、窒化シリコン(SiNx)膜
12を成長させ、このSiNx膜12に図6(a)に示すよ
うにスリット状の孔13を平行に設ける。そしてこのS
iNx膜12をマスクとしSi層23を異方性エッチング
し、図5(b)に示すように該Si層23の表面に断面三
角形状をなす複数条の溝からなる凹部14を形成する。
Incidentally, when the micro-extractor is formed by using the SOI wafer provided with the oxide film, it may be performed as shown in FIGS. 6 (a) to 6 (f). That is, in this case, on the Si substrate 21 on the oxide film (SiO 2 film) 22 Si layer 23 formed through which the base is grown silicon nitride (SiN x) film 12, the SiN x As shown in FIG. 6A, the film 12 is provided with slit-shaped holes 13 in parallel. And this S
The Si layer 23 is anisotropically etched using the iN x film 12 as a mask to form a recess 14 having a plurality of grooves having a triangular cross section on the surface of the Si layer 23 as shown in FIG. 5B.

【0017】その後、上記SiNx膜12を一旦除去した
後、複数条の凹部14を形成したSi層23の表面全域
に、図6(c)に示すように隔壁3としての所定厚みのS
iNx膜15を形成し、このSiNx膜15の前記凹部14
に沿って形成された波形の変形部5からその内側の領域
に掛けて、ドライエッチング等により所定の開口径dか
らなる複数の孔16(4)を所定のピッチで形成する。
Then, after the SiN x film 12 is once removed, S having a predetermined thickness as the partition 3 is formed on the entire surface of the Si layer 23 having the plurality of recesses 14 as shown in FIG. 6C.
forming a iN x layer 15, the recess 14 of the the SiN x film 15
A plurality of holes 16 (4) having a predetermined opening diameter d are formed at a predetermined pitch by dry etching or the like from the corrugated deformation portion 5 formed along the inner side of the corrugated deformation portion 5.

【0018】しかる後、上記SiNx膜15をマスクと
し、上述した複数の孔16(4)を介して図5(d)に示
すようにSi層23を、前記酸化膜(SiO2膜)22に
達するまでエッチングして縦型の溝(孔)24を形成す
る。そしてこれらの溝(孔)24を介して前記Si層2
3を異方性エッチングし、図5(e)に示すように前記S
iNx膜15の下部領域に空間25を形成して該空間25
をマイクロチャネルとする。
Thereafter, using the SiN x film 15 as a mask, the Si layer 23 and the oxide film (SiO 2 film) 22 are formed through the plurality of holes 16 (4) described above as shown in FIG. 5D. To form a vertical groove (hole) 24. Then, the Si layer 2 is formed through these grooves (holes) 24.
3 is anisotropically etched, and as shown in FIG.
The space 25 is formed in the lower region of the iN x film 15 and the space 25 is formed.
Is a micro channel.

【0019】その後、先の製作例と同様に、別のSi基
板18の一面に所定の空間をなす凹部19を形成したチ
ップを準備しておく。そして図6(f)に示すようにSi
基板18の上記凹部19を、前述したSi層23上に形
成されたSiNx膜15からなる隔壁3上に位置合わせ
し、これらを接合して前記凹部19を前記SiNx膜15
により囲まれた他方のマイクロチャネルとすれば、これ
によって隔壁3により2つのマイクロチャネル1,2を
区画したマイクロ抽出器が完成される。
After that, as in the case of the above-described manufacturing example, a chip is prepared in which a concave portion 19 forming a predetermined space is formed on one surface of another Si substrate 18. Then, as shown in FIG.
The recess 19 of the substrate 18 is aligned with the partition wall 3 made of the SiN x film 15 formed on the Si layer 23 described above, and these are joined to form the recess 19 in the SiN x film 15.
If the other microchannel is surrounded by, the microextractor in which the two microchannels 1 and 2 are partitioned by the partition wall 3 is completed.

【0020】ところで上述した実施形態に係るマイクロ
抽出器は、Si基板11またはSi層23の上に形成した
SiNx膜15を隔壁3としたが、Si基板11の表面層
自体を隔壁3とすることもできる。この場合には、図7
(a)に示すようにSi基板11の表面に窒化シリコン
(SiNx)膜12を成長させ、該SiNx膜12に所定の
開口ピッチで複数条の溝からなるスリット状の孔13を
平行に設ける。そしてこのSiNx膜12をマスクとして
Si基板11を異方性エッチングし、図5(b)に示すよ
うに該Si基板11の表面に断面三角形状をなす複数条
の溝からなる凹部14を平行に形成する。その後、上記
SiNx膜12を一旦除去した後、複数条の凹部14を形
成したSi基板11の表面の周囲に、図5(c)に示すよ
うに新たなマスクとしてのSiNx膜31を形成する。
By the way, in the micro-extractor according to the above-mentioned embodiment, the SiN x film 15 formed on the Si substrate 11 or the Si layer 23 is used as the partition wall 3. However, the surface layer itself of the Si substrate 11 is used as the partition wall 3. You can also In this case,
As shown in (a), a silicon nitride (SiN x ) film 12 is grown on the surface of the Si substrate 11, and slit holes 13 composed of a plurality of grooves are made parallel to the SiN x film 12 at a predetermined opening pitch. Set up. Then, the Si substrate 11 is anisotropically etched by using the SiN x film 12 as a mask, and as shown in FIG. 5B, the concave portion 14 formed of a plurality of grooves having a triangular cross section is parallel to the surface of the Si substrate 11. To form. Then, after the SiN x film 12 is once removed, a SiN x film 31 as a new mask is formed around the surface of the Si substrate 11 having the plurality of recesses 14 as shown in FIG. 5C. To do.

【0021】その後、このチップを図7(c)に示しよう
に、その表裏面間を液密に区画してフッ酸(HF)水中
に浸漬し、陽極32と陰極33との間に所定密度の電流
を通電する。そして図5(c)に示すように該Si基板1
1を表面層を所定の厚みに亘って陽極酸化してポーラス
化し、ポーラスシリコン層34を形成する。このSi基
板11のポーラス化により、該Si基板11の表面に微
細な細孔4が一様に形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 7 (c), the chip is soaked in hydrofluoric acid (HF) water with its front and back surfaces liquid-tightly divided, and a predetermined density between the anode 32 and the cathode 33. Energize the current. Then, as shown in FIG. 5C, the Si substrate 1
The surface layer of No. 1 is anodized over a predetermined thickness to make it porous to form a porous silicon layer 34. By making the Si substrate 11 porous, fine pores 4 are uniformly formed on the surface of the Si substrate 11.

【0022】次いで上記陽極32と陰極33との間に通
電する電流密度を高くしてポーラスシリコン層34の下
部のSi基板11をエッチングし、マイクロチャネルを
なす空間35を形成する。即ち、Si基板11の陽極酸
化する電流密度を変えることで、先ずSi基板11の表
面層に、所定の厚みのポーラスシリコン層34を形成
し、その後、上記陽極酸化の電流密度を高くすること
で、Si基板11をエッチングする。この結果、図7
(e)に示すように、隔壁3をなすポーラスシリコン層3
4の下方にマイクロチャネルをなす空間35が形成され
る。
Next, the Si substrate 11 under the porous silicon layer 34 is etched by increasing the current density flowing between the anode 32 and the cathode 33 to form a space 35 forming a microchannel. That is, by changing the anodizing current density of the Si substrate 11, a porous silicon layer 34 having a predetermined thickness is first formed on the surface layer of the Si substrate 11, and then the anodizing current density is increased. , Si substrate 11 is etched. As a result, FIG.
As shown in (e), the porous silicon layer 3 forming the partition wall 3
A space 35 forming a microchannel is formed below 4.

【0023】しかる後、先の各製作例と同様に、別のS
i基板18の一面に所定の空間をなす凹部19を形成し
たチップを準備しておく。そして図7(f)に示すように
Si基板18の上記凹部19を、前述したSi基板11上
に形成されたポーラスシリコン層34からなる隔壁3上
に位置合わせし、これらを接合して前記凹部19を前記
ポーラスシリコン層34により囲んだ他方のマイクロチ
ャネルとすれば、これによって隔壁3により2つのマイ
クロチャネル1,2を区画したマイクロ抽出器が完成さ
れる。
After that, as in the case of each of the above production examples, another S
A chip in which a concave portion 19 forming a predetermined space is formed on one surface of the i substrate 18 is prepared. Then, as shown in FIG. 7 (f), the recess 19 of the Si substrate 18 is aligned with the partition wall 3 made of the porous silicon layer 34 formed on the Si substrate 11, and these are joined to form the recess. When the other microchannel 19 is surrounded by the porous silicon layer 34, the microextractor in which the two microchannels 1 and 2 are partitioned by the partition wall 3 is completed.

【0024】このようにして製作される隔壁3によれ
ば、シリコンのポーラス化により細孔4を形成している
ので、隔壁3の全域に亘って微細な細孔4を均質に設け
ることができ、その製造自体も非常に容易である等の利
点がある。更にはシリコンのエッチングによって隔壁4
の厚みを調整することができるので、この点でも隔壁4
に要求される物理的特性に対する調整が容易である等の
利点がある。
According to the partition wall 3 thus manufactured, the pores 4 are formed by making the silicon porous, so that the fine pores 4 can be uniformly provided over the entire area of the partition wall 3. However, there is an advantage that the manufacturing itself is very easy. Further, the partition wall 4 is formed by etching silicon.
Since the thickness of the partition wall 4 can be adjusted, the partition wall 4
There are advantages such as easy adjustment to the physical characteristics required for

【0025】かくして上述したようにして製作され、周
辺部に波形の変形部5を設けた構造のメンブランからな
る隔壁3により2つのマイクロチャネル1,2を区画し
た構造のマイクロ抽出器によれば、2つのマイクロチャ
ネル1,2にそれぞれ通流される流体A,Bの各圧力P
1,P2に差があると、隔壁3は圧力の高いチャネル側
から圧力の低いチャネル側に押されてその主面3aの位
置を変化させる。すると圧力の高い側のチャネルの流路
断面積が広がると共に、圧力の低い側のチャネルの流路
断面積が狭められる。そしてこれらの流路断面積の変化
に伴って各チャネルの流路抵抗が変化し、2つのマイク
ロチャネル1,2をそれぞれ通流する流体A,Bの各圧力
P1,P2が釣り合ったところで隔壁3の位置が安定化
する。
Thus, according to the microextractor having the structure in which the two microchannels 1 and 2 are partitioned by the partition wall 3 which is manufactured as described above and has the structure in which the corrugated deformation portion 5 is provided in the peripheral portion, the partition wall 3 is formed. Each pressure P of the fluids A and B flowing through the two microchannels 1 and 2, respectively
When there is a difference between 1 and P2, the partition wall 3 is pushed from the channel side having a high pressure to the channel side having a low pressure to change the position of its main surface 3a. Then, the channel cross-sectional area of the channel on the high pressure side is expanded, and the channel cross-sectional area of the channel on the low pressure side is narrowed. The flow path resistance of each channel changes in accordance with the change of the flow path cross-sectional area, and the partition wall 3 is reached when the pressures P1 and P2 of the fluids A and B flowing through the two microchannels 1 and 2 are balanced. The position of is stabilized.

【0026】この結果、2つのマイクロチャネル1,2
をそれぞれ通流する流体A,Bの差圧ΔPが略零[0]
となり、上記マイクロチャネル1,2間での細孔4を介
する特定物質の拡散移動が良好に行われて該特定物質の
分離・抽出が効果的に行われることになる。特にこの場
合、プロセス制御等によって流体A,Bの通流圧力P1,
P2を厳密に制御しなくても、マイクロ抽出器の機能を
有効に働かせて特定物質の分離・抽出を確実に行わせる
ことが可能となる。但し、この場合、実際的には波形の
変形部5の変形に応じた弾性力分だけ、微小な圧力差が
生じる。
As a result, the two microchannels 1, 2
The differential pressure ΔP between the fluids A and B flowing through the
Thus, the specific substance is satisfactorily diffused and moved through the pores 4 between the microchannels 1 and 2, and the specific substance is effectively separated and extracted. Particularly in this case, the flow pressure P1,
Even if P2 is not strictly controlled, the function of the microextractor can be effectively operated to reliably separate and extract the specific substance. However, in this case, in reality, a minute pressure difference is generated by the elastic force corresponding to the deformation of the corrugated deforming portion 5.

【0027】従って、例えば図8に示すように定流量制
御部40を用いてポンプ41,42の作動を制御し、2
つのマイクロチャネル1,2にそれぞれ供給する流体A,
Bを定流量制御しながらマイクロ抽出器を用いて特定物
質の分離・抽出を行うようにすれば、前述した流体A,
B間の差圧ΔPに応じた隔壁3の位置変位によってマイ
クロチャネル1,2内での圧力P1,P2が自動的に均衡
化されるので、一定の条件化で安定に特定物質を分離・
抽出することができ、その実用的利点が多大である。
Therefore, for example, as shown in FIG. 8, the operation of the pumps 41 and 42 is controlled by using the constant flow rate control unit 40, and 2
Fluid A supplied to each of the two microchannels 1 and 2,
If a specific substance is separated and extracted using a microextractor while controlling the constant flow rate of B, the fluid A,
Since the pressures P1 and P2 in the microchannels 1 and 2 are automatically balanced by the positional displacement of the partition wall 3 according to the differential pressure ΔP between B, the specific substance can be stably separated under certain conditions.
It can be extracted and its practical advantages are great.

【0028】尚、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではない。例えば実施形態においては、隔壁をシ
リコン(Si)や窒化シリコン(SiNx)膜を用いて形
成したが、金属板(膜)を用いて形成することも可能で
ある。また上述したように隔壁3を変形させることのみ
ならず、2つのマイクロチャネル1,2を通流する流体
A,Bの差圧ΔPに応じて各マイクロチャネル1,2の流
路断面積を変化させて、その圧力P1,P2を均衡化さ
せればよいので、例えば図9にその概略構成を示すよう
に各マイクロチャネル1,2の隔壁3に対向する壁面に
前述した波形の変形部を形成し、これらの各壁面を変位
させてその流路断面積を可変し得るように構成すること
も可能である。この場合には、上記変形部に所定のバネ
定数を持たせておき、或る圧力Prefを基準として流路
断面積が広がる向きに壁面を変位させるようにしておけ
ばよい。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the embodiment, the partition wall is formed using a silicon (Si) or silicon nitride (SiNx) film, but it may be formed using a metal plate (film). Further, as described above, not only the partition 3 is deformed, but also the flow channel cross-sectional area of each microchannel 1, 2 is changed according to the differential pressure ΔP between the fluids A, B flowing through the two microchannels 1, 2. Since the pressures P1 and P2 may be balanced, for example, the above-mentioned corrugated deformation portion is formed on the wall surface of the microchannels 1 and 2 facing the partition walls 3 as shown in FIG. However, it is also possible to displace each of these wall surfaces to change the flow passage cross-sectional area. In this case, the deformable portion may be provided with a predetermined spring constant, and the wall surface may be displaced in a direction in which the flow passage cross-sectional area expands with reference to a certain pressure Pref.

【0029】その他、変形部をなす波形の形状について
も種々変形することができ、要はその要旨を逸脱しない
範囲で種々変形して実施することができる。
In addition, the shape of the corrugated portion that forms the deformable portion can be variously modified, and the point is that various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、マ
イクロ抽出器において許容される2つのマイクロチャネ
ル間での流体圧力の差に対する制約を大幅に緩和するこ
とができ、2つのマイクロチャネルにそれぞれ導かれた
流体の圧力差を自動的に補正して、特定物質の分離・抽
出作用を安定に生起することができる。しかもマイクロ
抽出器自体を簡易な構造として実現することができるの
で、その実用的利点が多大である等の効果が奏せられ
る。
As described above, according to the present invention, the constraint on the difference in fluid pressure between the two microchannels allowed in the microextractor can be greatly relaxed, and the two microchannels can be provided. It is possible to automatically correct the pressure difference between the introduced fluids and stably generate the separation / extraction action of the specific substance. Moreover, since the micro-extractor itself can be realized as a simple structure, it is possible to obtain effects such as great practical advantages.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】マイクロ抽出器の概略的な構造とその作用を説
明する為の図。
FIG. 1 is a diagram for explaining a schematic structure of a microextractor and its operation.

【図2】本発明の一実施形態に係るマイクロ抽出器の概
略構成を示す斜視図。
FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of a microextractor according to an embodiment of the present invention.

【図3】図2に示すマイクロ抽出器における隔壁の概略
構成を示す平面図。
FIG. 3 is a plan view showing a schematic configuration of partition walls in the microextractor shown in FIG.

【図4】図2に示すマイクロ抽出器の断面構造と、隔壁
の位置変位の形態を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a sectional structure of the microextractor shown in FIG. 2 and a mode of positional displacement of partition walls.

【図5】マイクロ抽出器の第1の製造例を分解して示す
図。
FIG. 5 is an exploded view showing a first manufacturing example of a micro-extractor.

【図6】マイクロ抽出器の第2の製造例を分解して示す
図。
FIG. 6 is an exploded view showing a second manufacturing example of the micro-extractor.

【図7】マイクロ抽出器の第2の製造例を分解して示す
図。
FIG. 7 is an exploded view showing a second manufacturing example of the micro-extractor.

【図8】定流量制御系を備えたマイクロ抽出器の使用例
を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing an example of use of a microextractor provided with a constant flow rate control system.

【図9】本発明の別の実施形態に係るマイクロ抽出器の
概略構成図。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a micro-extractor according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2 マイクロチャネル 3 隔壁 4 細孔 5 波形の変形部 11 Si基板 14 断面三角形状の凹部(変形部) 20 定流量制御部 21,22 ポンプ 1, 2 micro channels 3 partitions 4 pores 5 Waveform deformation part 11 Si substrate 14 Recessed portion with a triangular cross section (deformed portion) 20 Constant flow controller 21,22 pumps

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の細孔を有する隔壁により区画され
て平行に設けられた2つのマイクロチャネルを備え、 前記隔壁は、前記各マイクロチャネルをそれぞれ流れる
流体の圧力差に応じて変形して前記各マイクロチャネル
の流路断面積を変化させるメンブランからなることを特
徴とするマイクロ抽出器。
1. The apparatus includes two microchannels which are partitioned in parallel by partition walls having a plurality of pores and are provided in parallel, and the partition walls are deformed in accordance with a pressure difference between fluids flowing through the respective microchannels, and the microchannels are deformed according to the pressure difference. A micro-extractor comprising a membrane that changes the cross-sectional area of each micro-channel.
【請求項2】 前記メンブランからなる隔壁は、前記マ
イクロチャネルの流体通流方向に沿って形成された波形
の変形部を備えてなる請求項1に記載のマイクロ抽出
器。
2. The micro-extractor according to claim 1, wherein the partition wall made of the membrane is provided with a corrugated deformation portion formed along a fluid flow direction of the micro-channel.
【請求項3】 前記波形の変形部を備えた隔壁は、前記
マイクロチャネルの一方を形成するシリコン体の表面を
選択的に異方性エッチングまたは等方性エッチングして
波形の溝を形成した後、この波形の溝を含む上記シリコ
ン体の表面に前記隔壁をなす膜を形成し、しかる後、前
記シリコン体の上記膜の下部領域を選択的にエッチング
して形成される前記マイクロチャネルの一つの壁面とし
て設けられるものである請求項2に記載のマイクロ抽出
器。
3. The partition having the corrugated deformed portion is formed after a corrugated groove is formed by selectively anisotropically or isotropically etching a surface of a silicon body forming one of the microchannels. One of the microchannels formed by forming a film forming the partition on the surface of the silicon body including the corrugated groove and then selectively etching a lower region of the film of the silicon body. The microextractor according to claim 2, which is provided as a wall surface.
【請求項4】 前記波形の変形部を備えた隔壁は、前記
マイクロチャネルの一方を形成するシリコン体の表面を
選択的に異方性エッチングまたは等方性エッチングして
波形の溝を形成した後、この波形の溝を含む上記シリコ
ン体の表面を所定の厚みに亘ってポーラス化し、しかる
後、前記シリコン体の上記ポーラス化したシリコン層の
下部領域を選択的にエッチングして形成されるマイクロ
チャネルの一つの壁面として設けられるものである請求
項2に記載のマイクロ抽出器。
4. The partition having the corrugated deformed portion is formed after the corrugated groove is formed by selectively anisotropically or isotropically etching the surface of the silicon body forming one of the microchannels. A microchannel formed by making the surface of the silicon body including the corrugated groove porous over a predetermined thickness, and then selectively etching a lower region of the porous silicon layer of the silicon body. The microextractor according to claim 2, which is provided as one wall surface of the.
【請求項5】 複数の細孔を有する隔壁を挟んで隣接し
て設けられた2つのマイクロチャネルを備え、 前記各マイクロチャネルの前記隔壁に対向する壁面は、
該マイクロチャネルをそれぞれ流れる流体の圧力に応じ
て弾性変形して前記各マイクロチャネルの流路断面積を
変化させるメンブランからなることを特徴とするマイク
ロ抽出器。
5. A plurality of microchannels provided adjacent to each other with a partition wall having a plurality of pores interposed therebetween, wherein a wall surface of each of the microchannels facing the partition wall is formed.
A microextractor comprising a membrane that elastically deforms according to the pressure of a fluid flowing through each of the microchannels to change the flow passage cross-sectional area of each of the microchannels.
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