JP2004255367A - 微小粒子の製造方法及び製造装置 - Google Patents
微小粒子の製造方法及び製造装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004255367A JP2004255367A JP2003274304A JP2003274304A JP2004255367A JP 2004255367 A JP2004255367 A JP 2004255367A JP 2003274304 A JP2003274304 A JP 2003274304A JP 2003274304 A JP2003274304 A JP 2003274304A JP 2004255367 A JP2004255367 A JP 2004255367A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fluid
- tube
- pipe
- microparticles
- reaction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
- B01J19/2415—Tubular reactors
- B01J19/243—Tubular reactors spirally, concentrically or zigzag wound
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
【課題】 連続相内において分散相のほぼ単分散の微小粒子が十分に均一分布した混合物を迅速生産する。
【解決手段】 微小粒子製造装置1は、同心状に配置された、外管11及び内管21の2本の管を含んでいる。内管21の先端部21aは外管11の先端部11bから比較的長い距離だけ離隔している。内管21内にはその先端部21aに向けて流体IIが流れており、外管11内にはその先端部に向けて流体Iが連続相として流れている。コントローラ31からの命令により各ポンプ14、24を制御して、外管11及び内管21内での流体I及び流体IIの流速を適切な値とすることにより、内管21の先端部21aから排出される流体IIを、外管11内において流体Iに包囲されたほぼ球形で所望の直径を有する液滴3とすることができる。
【選択図】 図1
【解決手段】 微小粒子製造装置1は、同心状に配置された、外管11及び内管21の2本の管を含んでいる。内管21の先端部21aは外管11の先端部11bから比較的長い距離だけ離隔している。内管21内にはその先端部21aに向けて流体IIが流れており、外管11内にはその先端部に向けて流体Iが連続相として流れている。コントローラ31からの命令により各ポンプ14、24を制御して、外管11及び内管21内での流体I及び流体IIの流速を適切な値とすることにより、内管21の先端部21aから排出される流体IIを、外管11内において流体Iに包囲されたほぼ球形で所望の直径を有する液滴3とすることができる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、微小粒子の製造方法及び製造装置に関する。
マイクロ化学においては、数μmから数百μmの微細な流路にガスや液体を流すことによって得られる現象を利用して、ガスや液体の混合、反応、抽出、分離、精製などが行われる。ミクロンオーダーの微小空間の特性を生かしたマイクロ化学は、マクロスケールでは実現できなかった物質の製造や反応などの操作の大幅な高速化及び効率化を可能とするため、近年、多大な注目を集めている。
かかるマイクロ化学の一応用例として、特許文献1には、上下両面からそれぞれ形成された2つのスリット孔の交差部分が開口となったシリコン基板を有するマイクロ乳化器が記載されている。このマイクロ乳化器を用いて、シリコン基板の一方の面側にある分散相(例えば油)を、他方の面に沿って流れる連続相(例えば水)内に開口から押し出すと、分散相が微小な液滴(微小粒子)となったほぼ単分散のエマルジョンを精製することができる。
特開2002−346352号公報(図1、図2)
しかしながら、上述した特許文献1のマイクロ乳化器には、分散相の液滴が連続層内において十分に均一分布せず、しかも液滴の生成速度が比較的遅く、迅速生産に適さないという問題がある。また、特許文献1のマイクロ乳化器は、スリット孔がフォトリソグラフィによるエッチング技術を用いて形成されるため、これを製造するために、非常に高価な専用装置が必要となる点でも不利益が大きい。
そこで、本発明の主な目的は、連続層内において分散相のほぼ単分散の微小粒子が十分に均一分布した混合物を迅速生産することが可能な微小粒子の製造方法及び製造装置を提供することである。
そこで、本発明の別の目的は、フォトリソグラフィによるエッチング技術を用いずに製造された微小粒子の製造装置を提供することである。
本発明者は、鋭意研究の結果、2本の管の内管に分散相(流体II)を流し、外管に連続相(流体I)を流し、これら流体I及び流体IIの流速及び物性値並びに内管及び外管の寸法を適宜選択することで、内管から排出された流体IIが外管内において十分に均一分布したほぼ単分散の微小粒子となってほぼ同じ周期で生成されることを知見した。しかも、このときの微小粒子の生成速度は、2つの流体I及び流体IIが同じ方向に流されるため、比較的速い。
すなわち、本発明は、1つの観点において微小粒子の製造方法であって、流体Iが流される第1の管と、一端部が前記第1の管内に存在し且つ前記一端部近傍が前記第1の管の軸方向と実質的に平行に延在するように配置された、流体IIが流される第2の管とを用い、前記第2の管の前記一端部から排出される流体IIが前記第1の管内で流体Iに包囲された微小粒子となるように、流体I及び流体IIの流速及び物性値並びに前記第1及び第2の管の寸法を選択して、前記第1及び第2の管にそれぞれ流体I及び流体IIを流すものである(請求項1)。
また、本発明は、別の観点において微小粒子の製造装置であって、流体Iが流される第1の管と、一端部が前記第1の管内に存在し且つ前記一端部近傍が前記第1の管の軸方向と実質的に平行に延在するように配置された、流体IIが流される第2の管と、前記第2の管の前記一端部から排出される流体IIが前記第1の管内において流体Iに包囲された微小粒子となるように、流体I及び流体IIの物性値と前記第1及び第2の管の寸法とに基づいて、流体I及び流体IIの流速を制御するための流速制御手段とを備えている(請求項14)。
これによると、例えばエマルジョンのような、流体IIのほぼ単分散の微小粒子が流体I内で十分に均一分布した混合物を迅速生産することが可能となる。そのため、本発明を適用することにより、マイクロサイズの高品質な微小粒子を工業的に生産することができるようになる。しかも、本発明によると、流体IIのほぼ単分散の微小粒子を第1の管の内壁への付着及び管の閉塞を生じることなく、界面活性剤なしで生成することが可能であるという利益もある。また、本発明の製造装置は、市販の管部材を主な部材として用いるものであって、フォトリソグラフィによるエッチング技術を用いずに安価な設備によって作製可能であるという点で極めて利益が大きい。
本発明において、前記第2の管の前記一端部よりも下流側において、前記第1の管内に流体αを流してもよい。また、前記第2の管の前記一端部よりも下流側において、前記第1の管内を流れる流体IIの微小粒子に物理的刺激を加えてもよい。これにより、流体IIに反応を生じさせたり、流体IIの微小粒子内に超微小粒子を生成することが可能となる。このときの反応は、微小粒子の体積に対する表面積が大きいために反応速度が極めて速い。しかも、非常に小さなサイズの微小粒子内に制限されるため、例えばマクロ化学によると反応が爆発的に進行するために実行不可能な反応を生じさせることが可能となる。このように、本発明で生成された微小粒子は、マイクロサイズのバッチリアクターとして極めて有効であって広範な応用が可能である。
また、本発明は、3本の管が同軸に配置されている場合にも適用可能である。すなわち、本発明は、さらに別の観点において微小粒子の製造方法であって、流体Iが流される第1の管と、一端部が前記第1の管内に存在し且つ前記一端部近傍が前記第1の管の軸方向と実質的に平行に延在するように配置された、流体IIが流される第2の管と、一端部が前記第2の管内に存在し且つ前記一端部近傍が前記第2の管の軸方向と実質的に平行に延在するように配置された、流体IIIが流される第3の管とを用い、前記第3の管の前記一端部から排出される流体IIIが前記第2の管内で流体IIに包囲された微小粒子となり、且つ、前記第2の管の前記一端部から排出される流体IIが前記第1の管内で流体IIIの微小粒子を包囲した二重構造の微小粒子となるように、流体I、流体II及び流体IIIの流速及び物性値並びに前記第1、第2及び第3の管の寸法を選択して、前記第1、第2及び第3の管にそれぞれ流体I、流体II及び流体IIIを流すものである(請求項10)。
また、本発明は、別の観点において微小粒子の製造装置であって、流体Iが流される第1の管と、一端部が前記第1の管内に存在し且つ前記一端部近傍が前記第1の管の軸方向と実質的に平行に延在するように配置された、流体IIが流される第2の管と、一端部が前記第2の管内に存在し且つ前記一端部近傍が前記第2の管の軸方向と実質的に平行に延在するように配置された、流体IIIが流される第3の管と、前記第3の管の前記一端部から排出される流体IIIが前記第2の管内で流体IIに包囲された微小粒子となり、且つ、前記第2の管の前記一端部から排出される流体IIが前記第1の管内で流体IIIの微小粒子を包囲した二重構造の微小粒子となるように、流体I、流体II及び流体IIIの物性値と前記第1、第2及び第3の管の寸法とに基づいて、流体I、流体II及び流体IIIの流速を制御するための流速制御手段とを備えている(請求項19)。
これにより、流体IIの殻内に流体IIIが閉じこめられた二重構造のほぼ単分散の微小粒子(マイクロカプセル)が十分に均一分布した混合物を迅速生産することが可能となり、マイクロ化学の分野における様々な用途への応用が可能となる。
本発明においても、前記第2の管の前記一端部よりも下流側において、前記第1の管内に流体βを流してよく、また、前記第2の管の前記一端部よりも下流側において、前記第1の管内を流れる流体IIの微小粒子に物理的刺激を加えてもよい。
また、本発明は、4本以上の管が同軸に配置されている場合にも適用可能である。すなわち、本発明は、さらに別の観点において微小粒子の製造方法であって、第n(n:3以上の自然数)の流体が流される第nの管の一端部がその外側に配置された第(n−1)の管内に存在し且つ第nの管の前記一端部近傍が前記第(n−1)の管の軸方向と実質的に平行に延在するように配置された、互いに同軸に配置されたn本の管を用い、mをn−2以下の自然数のいずれの値としたときにも、第(m+2)の管の一端部から排出される第(m+2)の流体の微小粒子を包囲した第(m+1)の流体の微小粒子が第mの管の一端部から排出されるように、第m、第(m+1)及び第(m+2)の流体の流速及び物性値並びに前記第m、第(m+1)及び第(m+2)の管の寸法を選択して、前記第m、第(m+1)及び第(m+2)の管にそれぞれ第m、第(m+1)及び第(m+2)の流体を流すものである(請求項13)。
また、本発明は、さらに別の観点において微小粒子の製造装置であって、第n(n:3以上の自然数)の流体が流される第nの管の一端部がその外側に配置された第(n−1)の管内に存在し且つ第nの管の前記一端部近傍が前記第(n−1)の管の軸方向と実質的に平行に延在するように配置された、互いに同軸に配置されたn本の管と、mをn−2以下の自然数のいずれの値としたときにも、第(m+2)の管の一端部から排出される第(m+2)の流体の微小粒子を包囲した第(m+1)の流体の微小粒子が第mの管の一端部から排出されるように、第m、第(m+1)及び第(m+2)の流体の物性値と前記第m、第(m+1)及び第(m+2)の管の寸法とに基づいて、第m、第(m+1)及び第(m+2)の流体の流速を制御するための流速制御手段とを備えている(請求項20)。
これにより、多層殻構造でほぼ単分散の微小粒子(多層マイクロカプセル)が十分に均一分布した混合物を迅速生産することが可能となり、マイクロ化学の分野における様々な用途への応用が可能となる。
本発明のように4本以上の管が同軸に配置されている場合であっても、第2の管の一端部よりも下流側において、第1の管内に別途の流体を流してもよく、また、第2の管の一端部よりも下流側において、第1の管内を流れる流体IIの微小粒子に物理的刺激を加えてもよい。
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
<第1の実施の形態>
図1は、本発明の第1の実施の形態による微小粒子製造装置の概略構成を描いた図である。図1に示すように、本実施の形態による微小粒子製造装置1は、共に中空部分の断面が円形状の管であって同心状に配置された、外管(第1の管)11及び内管(第2の管)21の2本の管を含んでいる。内管21は、外管11の基端部11aから先端部11bに向けて、軸方向に延伸している。外管11の先端部は図示しないタンクに接続されている。外管11内部における内管21の長さは、外管11の長さよりも十分に短く、内管21の先端部21aは外管11の先端部11bから比較的長い距離だけ離隔している。内管21の基端部21b側にはポンプ24が接続されている。ポンプ24は、コントローラ31からの命令に基づいて、図示しないタンク内の流体(液体又は気体)(以下、「流体II」と称する)を分散相として内管21内に送出する。
図1は、本発明の第1の実施の形態による微小粒子製造装置の概略構成を描いた図である。図1に示すように、本実施の形態による微小粒子製造装置1は、共に中空部分の断面が円形状の管であって同心状に配置された、外管(第1の管)11及び内管(第2の管)21の2本の管を含んでいる。内管21は、外管11の基端部11aから先端部11bに向けて、軸方向に延伸している。外管11の先端部は図示しないタンクに接続されている。外管11内部における内管21の長さは、外管11の長さよりも十分に短く、内管21の先端部21aは外管11の先端部11bから比較的長い距離だけ離隔している。内管21の基端部21b側にはポンプ24が接続されている。ポンプ24は、コントローラ31からの命令に基づいて、図示しないタンク内の流体(液体又は気体)(以下、「流体II」と称する)を分散相として内管21内に送出する。
外管11の基端部11a近傍(少なくとも、内管21の先端部21aよりも上流部)には、枝管12が接続されており、この枝管12にはポンプ14が接続されている。ポンプ14は、コントローラ31からの命令に基づいて、図示しないタンク内の流体(液体又は気体)(以下、「流体I」と称する)を連続相として枝管12を介して外管11内に送出する。
微小粒子製造装置1において、外管11及び内管21が共に流体I及び流体IIで満たされているとき、コントローラ31からの命令により各ポンプ14、24を制御して、外管11及び内管21内での流体I及び流体IIの流速を後述するようにして選択された適切な値とすることにより、内管21の先端部21aから排出される流体IIを、外管11内において流体Iに包囲された球形で所望の直径を有する液滴3とすることができる。液滴3の直径は、どの液滴3についてもほぼ同じとなる。コントローラ31が流体I及び流体IIの流速を選択するに当たって、コントローラ31には、予め、外管11及び内管21の寸法に関するデータと、流体I及び流体IIの物性値に関するデータとが外部から入力される。流体I及び流体IIの流速が一定であれば、液滴3は、所定周期ごとに生成される。内管21の先端部21aから排出された流体IIの液滴3は、外管11の先端部11bに向かって移動していく。流体IIの液滴3を分散させた流体Iは、外管11の先端部11bが接続されたタンクに導かれる。
このようにして、例えばエマルジョンのような、マイクロサイズの高品質な微小粒子である流体IIのほぼ単分散の液滴3が流体I内で十分に均一分布した混合物を迅速生産することが可能となる。そのため、本実施の形態による微小粒子製造装置1を多数用意すれば、かかるエマルジョンを工業的に生産することができるようになる。
しかも、流体IIのほぼ単分散の液滴3を外管11の内壁への付着及び管の閉塞を生じることなく、界面活性剤なしで生成することが可能であるという点でも利益が大きい。
また、本実施の形態による微小粒子製造装置1は、ステンレスなどの金属製、樹脂製、又は、ガラス製で直径0.005mm程度以上の微小な内径を有する市販の管を組み合わせることで作製されるものであって、特許文献1の装置のようにフォトリソグラフィによるエッチング技術を用いずに安価な設備によって作製可能である。そのため、微小粒子製造装置1によって得られる生成物であるエマルジョンなどを安価に提供することが可能となる。
本実施の形態において、流体Iとしては、主に液体が用いられ、水や油のほか、どのような流体であっても用いることができる。流体IIとしては、気体又は液体であって、流体Iに対して不混和性を有するものが用いられる。例えば、流体Iとして水を用いた場合に、流体IIとしては油を用いることができる。流体IIとして気体を用いた場合、液滴3に代えて気泡が形成される。流体I及び流体IIのいずれも、2以上の物質を含んでいてよい。本実施の形態において、流体I及び流体IIのレイノルズ数Reは、共に、1〜200の範囲で変化させることができ、流体Iのほうが流体IIよりもレイノルズ数が大きい傾向にある。
<二重管における液滴生成条件の数式化>
図2は、図1に描かれた内管21の先端部21a付近の模式的な拡大図である。図2に示す状態では、内管21の先端部21aから流体IIの液滴が生成されようとしている。このとき、液滴3には、液滴3と内管21との間の界面張力(FS)、液滴3の浮力(FB)、流体IIの慣性力(FK)、流体Iが液滴3に及ぼす流体力(FD)の4つの力が、図2中それぞれ矢印で示す向きに加えられる。したがって、液滴3における力の釣り合いは、以下の式(1)で表される。
図2は、図1に描かれた内管21の先端部21a付近の模式的な拡大図である。図2に示す状態では、内管21の先端部21aから流体IIの液滴が生成されようとしている。このとき、液滴3には、液滴3と内管21との間の界面張力(FS)、液滴3の浮力(FB)、流体IIの慣性力(FK)、流体Iが液滴3に及ぼす流体力(FD)の4つの力が、図2中それぞれ矢印で示す向きに加えられる。したがって、液滴3における力の釣り合いは、以下の式(1)で表される。
また、このとき、液滴3の生成周期T(秒)は、以下の式(3)で表される。
また、液滴3の浮力(FB)は、他の3つに比べて比較的小さいことが多い。そのため、液滴3の浮力(FB)が他の3つに比べて無視できるほど小さいと仮定すると、FS=FK+FD が成り立つ。このとき、液滴3の直径Dを、各力を決定するパラメータの関数として陽に書き表したものを式(2)として示す。
式(1)及び式(2)のいずれにおいても、液滴3の直径Dは、流体I及び流体IIの流速と、流体I及び流体IIの物性値(密度、粘性係数、界面張力係数など)と、内管21の内径及び外径との関数となっている。したがって、これらの値を、流体I及び流体IIが互いに不混和性をもつように両者の物性値を適宜選択するという条件をさらに付加しつつ、式(1)又は式(2)が成り立つ範囲において適宜選択することによって、所望の直径Dを有する液滴3を生成することができる。逆に、式(1)又は式(2)が成り立たない範囲では、内管21の先端部21aから排出される流体IIは、連続流となって、液滴3が生成されない。
実際の微小粒子製造装置1においては、用いられる流体I及び流体IIの物質と、内管21の内径及び外径とが既に決められているため、入力データとして、生成される液滴3の所望の直径Dと、流体I及び流体IIの物質の物性値と、内管21の内径及び外径とをコントローラ31に与える。コントローラ31は、これら入力値を用いて、式(1)又は式(2)に基づいて、液滴3の直径Dに対する流体I及び流体IIの流速を算出する。そして、内管21及び外管11内が算出された流速となるように、ポンプ14、24に命令を供給する。
他方、流体I及び流体IIの物質の物性値が既に決まっているが内管21の内径及び外径が未定の場合には、式(1)又は式(2)を用いて、所望の直径Dを有する液滴3が得られるように、流体I及び流体IIの流速と、内管21の内径及び外径とを適宜決定してよい。このように、式(1)又は式(2)内に記載されているパラメータは、流体Iと流体IIとが不混和である限り、式(1)又は式(2)を満たす範囲内において変更可能である。
なお、ここでは、図2に示したような比較的簡易なモデルに基づいて式(1)又は式(2)を導出しているが、より複雑なモデルに基づいて、コントローラ31での制御式を決定してもよい。例えば、内管21及び/又は外管11の表面の平滑度を表すパラメータや、外管11の内径を表すパラメータなどが制御式に含まれていてもよい。これとは逆に、より単純なモデルに基づいてコントローラ31での制御式を決定してもよい。
式(1)又は式(2)から分かるように、流体IIの速度が一定であっても流体Iの速度を上げると、液滴3の直径は小さくなる。また、内管21の内径が大きいほど、小さい流体IIの流速で液滴3の生成が起こらなくなる。
<第2の実施の形態>
図3は、本発明の第2の実施の形態による微小粒子製造装置の概略構成を描いた図である。図3に示すように、本実施の形態による微小粒子製造装置4は、外管41に2つの枝管42、43が設けられている点において、第1の実施の形態と相違している。すなわち、外管41は、その基端部側に流体Iの供給源となる枝管42を有していると共に、内管21の先端部21aよりも下流側において分岐した枝管43を有している。枝管43からは、コントローラ31の制御に基づいて外管41内に流体αが供給される。
図3は、本発明の第2の実施の形態による微小粒子製造装置の概略構成を描いた図である。図3に示すように、本実施の形態による微小粒子製造装置4は、外管41に2つの枝管42、43が設けられている点において、第1の実施の形態と相違している。すなわち、外管41は、その基端部側に流体Iの供給源となる枝管42を有していると共に、内管21の先端部21aよりも下流側において分岐した枝管43を有している。枝管43からは、コントローラ31の制御に基づいて外管41内に流体αが供給される。
このように内管21の先端部21aよりも下流側において流体αを流すのは、流体IIに関して何らかの化学反応を生じさせたり、流体IIの液滴3内に超微小粒子を生成するためである。
一例として、流体IIが反応基質Aを含んでいるとき、流体αは、反応基質Aと反応する反応基質Bを含んでいるものであってもよい。このとき、枝管43の下流側において、液滴3の表面から反応基質Aが流体αの反応基質Bと反応し、流体IIが変質する。また、別の一例として、流体IIが反応基質Aを含んでいるとき、流体αは、反応基質Aに関する反応の反応開始剤又は触媒を含んでいるものであってもよい。このとき、流体α内の反応開始剤又は触媒の作用によって、枝管43の下流側において、液滴3の表面から反応基質Aに関する化学反応が始まり又は反応が急速に進行する。
さらに別の一例として、流体IIが、反応基質Aと、そのままでは反応基質Aと反応しない反応基質Bとを含んでいるとき、流体αは、反応基質Aと反応基質Bとに関する反応の反応開始剤を含んでいるものであってもよい。このとき、枝管43の下流側において、流体α内の反応開始剤の作用によって液滴3の表面から反応基質Aと反応基質Bとの反応が始まり、流体IIが変質する。別の一例として、流体IIが、反応基質Aと、反応基質Bとを含んでいるとき、流体αは、反応基質Aと反応基質Bとに関する反応の触媒を含んでいてよい。このとき、枝管43の下流側において、流体α内の触媒の作用によって流体IIの液滴3表面から反応基質Aと反応基質Bとに関する化学反応が急速に進行する。
さらに別の一例として、流体IIが、反応基質Aと、そのままでは反応基質Aと反応しない反応基質Bとを含んでいるとき、流体αは、反応基質Cと、反応基質A〜Cに関する反応の反応開始剤とを含んでいるものであってもよい。このとき、枝管43の下流側において、流体α内の反応開始剤の作用によって液滴3の表面から反応基質A〜Cに関する反応が始まり、流体IIが変質する。別の一例として、流体IIが、反応基質Aと、反応基質Bとを含んでいるとき、流体αは、反応基質Cと、反応基質A〜Cに関する反応の触媒とを含んでいてよい。このとき、枝管43の下流側において、流体α内の触媒の作用によって流体IIの液滴3表面から反応基質A〜Cに関する化学反応が急速に進行する。
さらに別の一例として、流体IIが、溶質を不飽和状態に溶解させた溶液であるとき、流体αは、流体II中の前記溶質と反応して流体IIの微小粒子内に不溶物の超微小粒子として析出する物質を含む溶液であってよい。このとき、枝管43の下流側において、流体II内の溶質が流体α内の物質と反応し、その物質が液滴3内に不溶物の超微小粒子として析出する。
さらに別の一例として、流体IIが、溶質を不飽和状態に溶解させた溶液であるとき、流体αは、流体IIが過飽和状態となって流体IIの微小粒子内に前記溶質の超微小粒子が析出するように、流体II中の前記溶質の溶解度を低下させる物質(貧溶媒)を含む溶液であってよい。このとき、枝管43の下流側において、流体α内に含まれる物質の作用によって、液滴3内に溶解している溶質が過飽和状態となって液滴3内に超微小粒子が析出する。
上記2つの例において超微小粒子の析出は液滴内に限定されるため、外管41の内壁及び内管21の先端部21aが閉塞するおそれがない。
以上例示した反応は、液滴3の体積に対する表面積が大きいために反応速度が極めて速い。しかも、非常に小さなサイズの液滴3内で行われるに過ぎないので、マクロ化学によると反応が爆発的に進行するために実行不可能な反応を実行することが可能である。つまり、本実施の形態の微小粒子製造装置4のように枝管43を設けることにより、液滴3をマイクロサイズのバッチリアクターとして極めて有効に活用することが可能となる。
<第3の実施の形態>
図4は、本発明の第3の実施の形態による微小粒子製造装置の概略構成を描いた図である。なお、第3〜第5の実施の形態は、第2の実施の形態のように反応開始剤又は触媒を与える代わりに、物理的刺激を利用するものである。図4に示すように、本実施の形態による微小粒子製造装置5は、内管21の先端部21aよりも下流側において外管11の周囲にヒーター51が配置されている点において、第1の実施の形態と相違している。ヒーター51の温度は、コントローラ31の制御に基づいて適切な温度に保たれている。これにより、内管21の先端部21aよりも下流側において流体I及び液滴3を加熱し、それらの温度を上昇させることができる。
図4は、本発明の第3の実施の形態による微小粒子製造装置の概略構成を描いた図である。なお、第3〜第5の実施の形態は、第2の実施の形態のように反応開始剤又は触媒を与える代わりに、物理的刺激を利用するものである。図4に示すように、本実施の形態による微小粒子製造装置5は、内管21の先端部21aよりも下流側において外管11の周囲にヒーター51が配置されている点において、第1の実施の形態と相違している。ヒーター51の温度は、コントローラ31の制御に基づいて適切な温度に保たれている。これにより、内管21の先端部21aよりも下流側において流体I及び液滴3を加熱し、それらの温度を上昇させることができる。
一例として、流体IIが反応基質Aのみ、または、そのままでは反応基質Aと反応しない反応基質Bとを含んでいるとき、ヒーター51により、反応基質A自身または反応基質Aと反応基質Bとが反応を開始する温度以上に液滴3が加熱させられる。すると、液滴3内において反応基質A自身または反応基質Aと反応基質Bとが反応し始める。かかる反応は、非常に小さなサイズの液滴3内で行われるに過ぎない点で、第2の実施の形態と同様、非常に有効である。
<第4の実施の形態>
図5は、本発明の第4の実施の形態による微小粒子製造装置の概略構成を描いた図である。図5に示すように、本実施の形態による微小粒子製造装置6は、内管21の先端部21aよりも下流側において外管11の近傍に光源61が配置されている点において、第1の実施の形態と相違している。光源61は、コントローラ31の制御に基づいて適切な強度の光を出射する。この光は、内管21の先端部21aよりも下流側において流体I及び液滴3を照射する。
図5は、本発明の第4の実施の形態による微小粒子製造装置の概略構成を描いた図である。図5に示すように、本実施の形態による微小粒子製造装置6は、内管21の先端部21aよりも下流側において外管11の近傍に光源61が配置されている点において、第1の実施の形態と相違している。光源61は、コントローラ31の制御に基づいて適切な強度の光を出射する。この光は、内管21の先端部21aよりも下流側において流体I及び液滴3を照射する。
一例として、流体IIが反応基質Aのみ、または、そのままでは反応基質Aと反応しない反応基質Bとを含んでいるとき、反応基質A自身または反応基質Aと反応基質Bとに関する反応が始まるように、光源61から出射された光を、内管21の先端部21aよりも下流側に照射する。これにより、液滴3内において反応基質A自身または反応基質Aと反応基質Bとの光反応が始まる。かかる反応は、非常に小さなサイズの液滴3内で行われるに過ぎない点で、第2の実施の形態と同様、非常に有効である。
<第5の実施の形態>
図6は、本発明の第5の実施の形態による微小粒子製造装置の概略構成を描いた図である。図6に示すように、本実施の形態による微小粒子製造装置7は、内管21の先端部21aよりも下流側において外管11の周囲に冷却器71が配置されている点において、第1の実施の形態と相違している。冷却器71の温度は、コントローラ31の制御に基づいて適切な温度に保たれている。これにより、内管21の先端部21aよりも下流側において流体I及び液滴3を冷却し、それらの温度を下降させることができる。
図6は、本発明の第5の実施の形態による微小粒子製造装置の概略構成を描いた図である。図6に示すように、本実施の形態による微小粒子製造装置7は、内管21の先端部21aよりも下流側において外管11の周囲に冷却器71が配置されている点において、第1の実施の形態と相違している。冷却器71の温度は、コントローラ31の制御に基づいて適切な温度に保たれている。これにより、内管21の先端部21aよりも下流側において流体I及び液滴3を冷却し、それらの温度を下降させることができる。
一例として、流体IIが、溶質を不飽和状態に溶解させた溶液であるとき、流体IIが過飽和状態となって流体IIの液滴3内に前記溶質の超微小粒子が析出するように、内管21の先端部21aよりも下流側を冷却器71で急速に冷却する。すると、流体II内の溶質が不溶物の超微小粒子として液滴3内に析出する。
<第6の実施の形態>
図7は、本発明の第6の実施の形態による微小粒子製造装置の概略構成を描いた図である。図7に示すように、本実施の形態による微小粒子製造装置101は、共に円管であって同心状に配置された、外管(第1の管)111、中間管121(第2の管)及び内管(第3の管)131の3本の管を含んでいる。内管131は、中間管121の基端部121aから先端部121bに向けて、軸方向に延伸している。中間管121内部における内管131の長さは、中間管121の長さよりも十分に短く、内管131の先端部131aは中間管121の先端部121bから比較的長い距離だけ離隔している。中間管121は、外管111の基端部111aから先端部(図示せず)に向けて、軸方向に延伸している。外管111内部における中間管121の長さは、外管111の長さよりも十分に短く、中間管121の先端部121bは外管111の先端部から比較的長い距離だけ離隔している。
図7は、本発明の第6の実施の形態による微小粒子製造装置の概略構成を描いた図である。図7に示すように、本実施の形態による微小粒子製造装置101は、共に円管であって同心状に配置された、外管(第1の管)111、中間管121(第2の管)及び内管(第3の管)131の3本の管を含んでいる。内管131は、中間管121の基端部121aから先端部121bに向けて、軸方向に延伸している。中間管121内部における内管131の長さは、中間管121の長さよりも十分に短く、内管131の先端部131aは中間管121の先端部121bから比較的長い距離だけ離隔している。中間管121は、外管111の基端部111aから先端部(図示せず)に向けて、軸方向に延伸している。外管111内部における中間管121の長さは、外管111の長さよりも十分に短く、中間管121の先端部121bは外管111の先端部から比較的長い距離だけ離隔している。
内管131の基端部側にはポンプ(図示せず)が接続されている。ポンプは、コントローラ(図示せず)からの命令に基づいて、図示しないタンク内の流体(液体又は気体)(以下、「流体III」と称する)を分散相として内管131内に送出する。中間管121の基端部121a近傍(少なくとも、内管131の先端部131aよりも上流部)には、枝管122が接続されており、この枝管122にはポンプ(図示せず)が接続されている。ポンプは、前記コントローラからの命令に基づいて、図示しないタンク内の流体(液体又は気体)(以下、「流体II」と称する)を分散相として枝管122を介して中間管121内に送出する。外管111の基端部111a近傍(少なくとも、中間管121の先端部121bよりも上流部)には、枝管112が接続されており、この枝管112にはポンプ(図示せず)が接続されている。このポンプは、前記コントローラからの命令に基づいて、図示しないタンク内の流体(液体又は気体)(以下、「流体I」と称する)を連続相として枝管112を介して外管111内に送出する。
微小粒子製造装置101において、外管111、中間管121及び内管131が共に流体I、流体II及び流体IIIで満たされているとき、コントローラからの命令により各ポンプを制御して、外管111、中間管121及び内管131内での流体I、流体II及び流体IIIの流速を上述した式(1)又は式(2)に基づいて選択された適切な値とすることにより、内管131の先端部131aから排出される流体IIIを、中間管121内において流体IIに包囲された球形で所望の直径を有する液滴104とすることができ、さらに、中間管121の先端部121bから排出される流体IIを、外管121内において流体IIIの液滴104を包囲した球形で所望の直径を有する二重構造の液滴(マイクロカプセル)105とすることができる。コントローラが流体I、流体II及び流体IIIの流速を選択するに当たって、コントローラには、予め、外管111、中間管121及び内管131の寸法に関するデータと、流体I、流体II及び流体IIIの物性値に関するデータとが外部から入力される。流体I、流体II及び流体IIIの流速が一定であれば、液滴104、105は、所定時間間隔ごとに生成される。中間管121の先端部121bから排出された液滴105は、外管111の先端部に向かって移動していく。液滴105を含んだ流体Iは、外管111の先端部から、接続されたタンクに導入される。
このようにして、例えばエマルジョンのような、マイクロサイズの高品質な微小粒子である二重構造の液滴105が流体I内で十分に均一分布した混合物を迅速生産することが可能となる。そのため、本実施の形態による微小粒子製造装置101を多数用意すれば、かかるエマルジョンを工業的に生産することができるようになる。また、本実施の形態による微小粒子製造装置101は、第1の実施の形態のものと同様、微小な内径を有する市販の管を組み合わせることで作製されるものであって、特許文献1の装置のようにフォトリソグラフィによるエッチング技術を用いずに安価な設備によって作製可能である。そのため、微小粒子製造装置101によって得られる生成物であるエマルジョンなどを安価に提供することが可能となる。
さらに、外管111は、中間管121の先端部121bよりも下流側において分岐した枝管113を有している。枝管113からは、前記コントローラの制御に基づいて外管111内に流体βを供給することができる。枝管113から外管111内に流体βを供給するとき、液滴105が枝管113よりも下流側に達すると、流体βの作用により、液滴105の外殻を構成する流体IIに関して何らかの化学反応を生じさせたり、液滴105の外殻を構成する流体II内に超微小粒子を生成することができる。
一例として、流体IIが反応基質Aを含んでいるとき、流体βは、反応基質Aと反応する反応基質Bを含んでいるものであってもよい。このとき、枝管113の下流側において、液滴105の表面から反応基質Aが流体βの反応基質Bと反応し、流体IIが変質する。また、別の一例として、流体IIが反応基質Aを含んでいるとき、流体βは、反応基質Aに関する反応の反応開始剤又は触媒を含んでいるものであってもよい。このとき、流体β内の反応開始剤又は触媒の作用によって、枝管113の下流側において、液滴105の表面から反応基質Aに関する化学反応が始まり又は反応が急速に進行する。
さらに別の一例として、流体IIが、反応基質Aと、そのままでは反応基質Aと反応しない反応基質Bとを含んでいるとき、流体βは、反応基質Aと反応基質Bとに関する反応の反応開始剤を含んでいるものであってもよい。このとき、枝管113の下流側において、流体β内の反応開始剤の作用によって液滴105の表面から反応基質Aと反応基質Bとの反応が始まり、流体IIが変質する。別の一例として、流体IIが、反応基質Aと、反応基質Bとを含んでいるとき、流体βは、反応基質Aと反応基質Bとに関する反応の触媒を含んでいてよい。このとき、枝管113の下流側において、流体β内の触媒の作用によって流体IIの液滴105の表面から反応基質Aと反応基質Bとに関する化学反応が急速に進行する。
さらに別の一例として、流体IIが、反応基質Aと、そのままでは反応基質Aと反応しない反応基質Bとを含んでいるとき、流体βは、反応基質Cと、反応基質A〜Cに関する反応の反応開始剤とを含んでいるものであってもよい。このとき、枝管113の下流側において、流体β内の反応開始剤の作用によって液滴105の表面から反応基質A〜Cに関する反応が始まり、流体IIが変質する。別の一例として、流体IIが、反応基質Aと、反応基質Bとを含んでいるとき、流体βは、反応基質Cと、反応基質A〜Cに関する反応の触媒とを含んでいてよい。このとき、枝管113の下流側において、流体β内の触媒の作用によって流体IIの液滴105の表面から反応基質A〜Cに関する化学反応が急速に進行する。
なお、上述の例において、変質した液滴IIがさらにその内部にある液滴104の流体IIIと反応することがあってもよい。
さらに別の一例として、流体IIが、溶質を不飽和状態に溶解させた溶液であるとき、流体βは、流体II中の前記溶質と反応して流体IIの微小粒子内に不溶物の超微小粒子として析出する物質を含む溶液であってよい。このとき、枝管113の下流側において、流体II内の溶質が流体β内の物質と反応し、その物質が液滴105内に不溶物の超微小粒子として析出する。
さらに別の一例として、流体IIが、溶質を不飽和状態に溶解させた溶液であるとき、流体βは、流体IIが過飽和状態となって流体IIの微小粒子内に前記溶質の超微小粒子が析出するように、流体II中の前記溶質の溶解度を低下させる物質(貧溶媒)を含む溶液であってよい。このとき、枝管113の下流側において、流体β内に含まれる物質の作用によって、液滴105内に溶解している溶質が過飽和状態となって液滴105内に超微小粒子が析出する。
上記2つの例において析出する超微小粒子の析出量は液滴105の外殻の大きさによって制御可能であり、しかも超微小粒子の生成核同士の合一が抑制されると共に、中間管121の先端部121bで析出が生じる場合と異なり、析出した超微小粒子のために中間管121の先端部121bが閉塞するおそれがない。
以上例示した反応は、液滴105の体積に対する表面積が大きいために反応速度が極めて速い。しかも、非常に小さなサイズの液滴105の外殻内で行われるに過ぎないので、マクロ化学によると反応が爆発的に進行するために実行不可能な反応を実行することが可能である。つまり、本実施の形態の微小粒子製造装置101のように枝管113を設けることにより、二重構造の液滴105をマイクロサイズのバッチリアクターとして極めて有効に活用することが可能となる。
本実施の形態において、流体I及び流体IIとしては、主に液体が用いられ、水や油のほか、互いに不混和性を有するものであればどのような流体であっても用いることができる。流体IIIとしては、気体又は液体であって、流体IIに対して不混和性を有するものが用いられる。流体IIIとして気体を用いた場合、液滴104に代えて気泡が形成され、液滴105は中央に気泡を含むものとなる。流体I、流体II及び流体IIIのいずれも、2以上の物質を含んでいてよい。本実施の形態において、流体I、流体II及び流体IIIのレイノルズ数Reは、共に、1〜200の範囲で変化させることができ、流体Iのほうが流体IIよりもレイノルズ数が大きく、且つ、流体IIのほうが流体IIIよりもレイノルズ数が大きい傾向にある。
<第7の実施の形態>
図8は、本発明の第7の実施の形態による微小粒子製造装置の概略構成を描いた図である。図8に示すように、本実施の形態による微小粒子製造装置107は、流体Iを供給する枝管142を有する外管141が中間管121の先端部121bよりも下流側において枝管を有しておらず、且つ、中間管121の先端部121bよりも下流側において外管141の周囲にヒーター151が配置されている点において、第6の実施の形態と相違している。ヒーター151の温度は、コントローラの制御に基づいて適切な温度に保たれている。これにより、中間管121の先端部121bよりも下流側において流体I及び液滴105を加熱し、それらの温度を上昇させることができる。
図8は、本発明の第7の実施の形態による微小粒子製造装置の概略構成を描いた図である。図8に示すように、本実施の形態による微小粒子製造装置107は、流体Iを供給する枝管142を有する外管141が中間管121の先端部121bよりも下流側において枝管を有しておらず、且つ、中間管121の先端部121bよりも下流側において外管141の周囲にヒーター151が配置されている点において、第6の実施の形態と相違している。ヒーター151の温度は、コントローラの制御に基づいて適切な温度に保たれている。これにより、中間管121の先端部121bよりも下流側において流体I及び液滴105を加熱し、それらの温度を上昇させることができる。
一例として、流体IIが反応基質Aのみ、または、そのままでは反応基質Aと反応しない反応基質Bとを含んでいるとき、ヒーター151により、反応基質A自身または反応基質Aと反応基質Bとが反応を開始する温度以上に液滴105が加熱させられる。すると、液滴105内において反応基質A自身または反応基質Aと反応基質Bとが反応し始める。かかる反応は、非常に小さなサイズの液滴105内で行われるに過ぎない点で、第6の実施の形態と同様、非常に有効である。
なお、図8において、ヒーター151の代わりとして、冷却器を配置してもよい。これにより、中間管121の先端部121bよりも下流側において流体I及び液滴105を冷却し、それらの温度を下降させることができる。
一例として、流体IIが、溶質を不飽和状態に溶解させた溶液であるとき、流体IIが過飽和状態となって液滴105の外殻に前記溶質の超微小粒子が析出するように、中間管121の先端部121bよりも下流側を冷却器で急速に冷却する。すると、流体II内の溶質が不溶物の超微小粒子として液滴105の外殻内に析出する。
<第8の実施の形態>
図9は、本発明の第8の実施の形態による微小粒子製造装置の概略構成を描いた図である。図9に示すように、本実施の形態による微小粒子製造装置108は、中間管121の先端部121bよりも下流側において外管141の近傍に光源161が配置されている点において、第7の実施の形態と相違している。光源161は、コントローラの制御に基づいて適切な強度の光を出射する。この光は、中間管121の先端部121bよりも下流側において流体I及び液滴105を照射する。
図9は、本発明の第8の実施の形態による微小粒子製造装置の概略構成を描いた図である。図9に示すように、本実施の形態による微小粒子製造装置108は、中間管121の先端部121bよりも下流側において外管141の近傍に光源161が配置されている点において、第7の実施の形態と相違している。光源161は、コントローラの制御に基づいて適切な強度の光を出射する。この光は、中間管121の先端部121bよりも下流側において流体I及び液滴105を照射する。
一例として、流体IIが反応基質Aのみ、または、そのままでは反応基質Aと反応しない反応基質Bとを含んでいるとき、反応基質A自身または反応基質Aと反応基質Bとに関する反応が始まるように、光源161から出射された光を、中間管121の先端部121bよりも下流側に照射する。これにより、液滴105の外殻内において反応基質A自身または反応基質Aと反応基質Bとの光重合反応が始まる。かかる反応は、非常に小さなサイズの液滴105の外殻内で行われるに過ぎない点で、第7の実施の形態と同様、非常に有効である。
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、本発明の微小粒子製造装置は、以下の形態をとることができる。
(a) 本発明の微小粒子製造装置を多数組み合わせることによって、微小粒子の大量生産が可能となる。
(b) 各管は水平に配置されてもよいし、又は、傾斜して配置されてもよい。
(c) 流体に含まれる物質の種類は用途などによって適宜変更可能である。
(d) 4つ以上の同心管を用いて微小粒子を生成することが可能である。
(e) 各管の中空部分の断面形状は、円形以外であってもよい。例えば、断面が多角形の管を用いてもよい。
(f) 超音波照射や電磁波照射などの、温度変化又は光照射以外の物理的刺激を与えてもよい。物理的刺激の種類は、反応基質の反応性に応じて選択される。
(a) 本発明の微小粒子製造装置を多数組み合わせることによって、微小粒子の大量生産が可能となる。
(b) 各管は水平に配置されてもよいし、又は、傾斜して配置されてもよい。
(c) 流体に含まれる物質の種類は用途などによって適宜変更可能である。
(d) 4つ以上の同心管を用いて微小粒子を生成することが可能である。
(e) 各管の中空部分の断面形状は、円形以外であってもよい。例えば、断面が多角形の管を用いてもよい。
(f) 超音波照射や電磁波照射などの、温度変化又は光照射以外の物理的刺激を与えてもよい。物理的刺激の種類は、反応基質の反応性に応じて選択される。
<実施例1>
(1−1)図1に描かれた微小粒子製造装置1により、シリコンオイルが分散したエマルジョンを生成した。流体I(連続相)としては、水(密度997kg/m3、粘度0.77mPa・s)を用い、流体II(分散相)としては、シリコンオイル(密度760kg/m3、粘度0.65mPa・s)を用いた。このとき、微小粒子製造装置1として、以下に示すように、内管21及び外管11の寸法が異なる3種類(#1、#2、#3)を用意した。
管NO. 内管内径 内管外径 外管内径 (mm)
#1 0.24 0.40 2.30
#2 0.25 0.40 1.30
#3 0.13 0.29 1.30
(1−1)図1に描かれた微小粒子製造装置1により、シリコンオイルが分散したエマルジョンを生成した。流体I(連続相)としては、水(密度997kg/m3、粘度0.77mPa・s)を用い、流体II(分散相)としては、シリコンオイル(密度760kg/m3、粘度0.65mPa・s)を用いた。このとき、微小粒子製造装置1として、以下に示すように、内管21及び外管11の寸法が異なる3種類(#1、#2、#3)を用意した。
管NO. 内管内径 内管外径 外管内径 (mm)
#1 0.24 0.40 2.30
#2 0.25 0.40 1.30
#3 0.13 0.29 1.30
そして、#2の装置1を用いて、流体I及び流体IIの流速を数種類に変更しつつ、生成される液滴3の直径とその生成周期とを測定した。ポンプ14、24としては、シリンジポンプを用いた。生成される液滴3を観察するために、CCD高速ビデオカメラを用いた。この結果得られた、流体I及び流体IIの流速と液滴3の生成周期との関係を、図10に示す。
図10から分かるように、分散相である流体IIの流速を増すと、液滴3の生成周期が短くなる。また、連続相である流体Iの流速を増しても、液滴3の生成周期が短くなる。
液滴を球形と仮定して、分散相の流量と液滴生成周期とから液滴3の直径を求めた。求められた液滴3の直径は平均粒子径の3%以内に分散しており、極めて単分散に近い粒子径の揃ったエマルジョンが生成されることが判明した。同様の結果が、#1及び#3の装置1を用いた場合にも得られた。
(1−2)図1に描かれた微小粒子製造装置1により、流体I(連続相)として水、流体II(分散相)としてシクロヘキサン(密度779kg/m3、粘度0.898mPa・s)を用いて、シクロヘキサンが分散したエマルジョンを生成した。このとき、微小粒子製造装置1として、以下に示すように、内管21及び外管11の寸法が異なる2種類(#4、#5)を用意した。
管NO. 内管内径 内管外径 外管内径 (mm)
#4 0.08 0.18 0.32
#5 0.16 0.32 2.1
管NO. 内管内径 内管外径 外管内径 (mm)
#4 0.08 0.18 0.32
#5 0.16 0.32 2.1
そして、#4及び#5の装置1を用いて、流体I及び流体IIの流速を数種類に変更しつつ、生成される液滴3の直径とその生成周期とを測定した。さらに、液滴を球形と仮定して、分散相の流量と液滴生成周期とから液滴3の直径を求めた。求められた液滴3の直径と、流体I及び流体IIの流速との関係を、図11に示す。図11中に、式(2)から求められた計算値を併せて示す。図11から、式(2)は、液滴3の直径を求めるための近似式として、十分利用できることが分かる。
<実施例2>
(2−1)図3に描かれた微小粒子製造装置4(内管内径0.17mm、内管外径0.35mm、外管内径2.10mm)を用いて、ナイロン6,6を生成した。流体I(連続相)としては、水を用い、流体II(分散相)としては、アジピン酸ジクロライドとヘキサン(密度659kg/m3、粘度0.29 mPa・s)との混合液を用いた。そして枝管43からは、流体αとして流体Iと等量のヘキサメチレンジアミンと水酸化ナトリウム水溶液とが供給された。流体IIの流速は0.050m/s、流体IIの流速は0.586m/sとした。
(2−1)図3に描かれた微小粒子製造装置4(内管内径0.17mm、内管外径0.35mm、外管内径2.10mm)を用いて、ナイロン6,6を生成した。流体I(連続相)としては、水を用い、流体II(分散相)としては、アジピン酸ジクロライドとヘキサン(密度659kg/m3、粘度0.29 mPa・s)との混合液を用いた。そして枝管43からは、流体αとして流体Iと等量のヘキサメチレンジアミンと水酸化ナトリウム水溶液とが供給された。流体IIの流速は0.050m/s、流体IIの流速は0.586m/sとした。
この結果、液滴3が得られ、枝管43よりも下流側において、アジピン酸ジクロライドとヘキサメチレンジアミンと水酸化ナトリウム水溶液とが液滴3の表面において接触して重合反応が始まり、高分子である平均径1.41mm(変動係数2.1%)のナイロン6,6となった。また、流体IIの流速を1.32m/sとしたとき、平均粒径は0.57mmとなった。
(2−2)図3に描かれた微小粒子製造装置4(内管内径0.88mm、内管外径1.60mm、外管内径3.00mm)を用いて、液滴中にアナターゼ型酸化チタンの超微粒子を生成した。流体I(連続相)としてはイソプロパノール(密度786kg/m3、粘度2.43mPa・s)を用い、流体II(分散相)としてはチタニウムテトライソプロポキシド(Ti(OC3H7)4)をシクロヘキサンで10倍に希釈したものを用いた。そして、枝管43からは、流体αとしてイソプロパノールと等量の水が供給された。流体Iの流速は0.05m/s, 流体IIの流速は0.075m/sとした。
この結果、液滴3が得られ、枝管43よりも下流側において、チタニウムテトライソプロポキシドと水とが反応して、流体II内にアナターゼ型酸化チタンの超微小粒子(直径9nm〜10nm程度、平均径7nm)が析出した。また、外管の内径を2.5mmとし、流体Iの流速を0.05m/s、流体IIの流速を0.075m/sとした場合も同様の結果が得られた。
<実施例3>
(3−1)図7に描かれた微小粒子製造装置101を用いて、気泡を含む中空のエマルジョンを生成した。流体I(連続相)としては、水を用い、流体II(分散相)としては、アジピン酸ジクロライドとヘキサンとの混合物を用い、流体IIIとして空気(密度1.2kg/m3)を用いた。流体IIの流速は0.045m/s、流体IIの流速は0.189m/s、流体IIIの流速は2.95m/sとした。このとき、微小粒子製造装置101として、以下に示すようなもの(#6)を用意した。
管NO. 内管内径 内管外径 中間管内径 中間管外径 外管内径 (mm)
#6 0.12 0.20 0.31 0.36 2.20
(3−1)図7に描かれた微小粒子製造装置101を用いて、気泡を含む中空のエマルジョンを生成した。流体I(連続相)としては、水を用い、流体II(分散相)としては、アジピン酸ジクロライドとヘキサンとの混合物を用い、流体IIIとして空気(密度1.2kg/m3)を用いた。流体IIの流速は0.045m/s、流体IIの流速は0.189m/s、流体IIIの流速は2.95m/sとした。このとき、微小粒子製造装置101として、以下に示すようなもの(#6)を用意した。
管NO. 内管内径 内管外径 中間管内径 中間管外径 外管内径 (mm)
#6 0.12 0.20 0.31 0.36 2.20
この結果、中間管121の先端部121bから直径0.9〜1.1mm程度の気泡(流体III)を内包した中空エマルジョンである直径1.0〜1.2mm程度の液滴105が排出された。
(3−2)上記のようにして中空エマルジョンである液滴105が生成されたのち、枝管113からは流体Iと同量のヘキサメチレンジアミンと水酸化ナトリウム水溶液が流体βとして供給された。このとき、枝管113よりも下流側において、液滴105の外殻である流体IIのアジピン酸ジクロライドと流体βのヘキサメチレンジアミンと水酸化ナトリウム水溶液とが液滴105の表い面において接触して重合反応が始まり、液滴105の外殻部がナイロン6,6(直径1.0〜1.4mm程度)となった。このナイロン6,6粒子は、内部に空気を含む中空のものとなっている。
また、流体IIIとして流体IIと不混和な液体を流すことで内部に液を保有したカプセルが生成されることが確認された。
1 微小粒子製造装置
3 液滴
11 外管(第1の管)
12 枝管
14 ポンプ
21 内管(第2の管)
24 ポンプ
31 コントローラ(流速制御手段)
3 液滴
11 外管(第1の管)
12 枝管
14 ポンプ
21 内管(第2の管)
24 ポンプ
31 コントローラ(流速制御手段)
Claims (20)
- 流体Iが流される第1の管と、一端部が前記第1の管内に存在し且つ前記一端部近傍が前記第1の管の軸方向と実質的に平行に延在するように配置された、流体IIが流される第2の管とを用いて微小粒子を製造するための方法であって、
前記第2の管の前記一端部から排出される流体IIが前記第1の管内で流体Iに包囲された微小粒子となるように、流体I及び流体IIの流速及び物性値並びに前記第1及び第2の管の寸法を選択して、前記第1及び第2の管にそれぞれ流体I及び流体IIを流すことを特徴とする微小粒子の製造方法。 - 流体IIが気体であって、微小粒子が気泡であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の微小粒子の製造方法。
- 前記第2の管の前記一端部よりも下流側において、前記第1の管内に流体αを流すことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の微小粒子の製造方法。
- 流体IIが反応基質Aを含み、
流体αが、反応基質Aと反応する反応基質B、及び、反応基質Aに関する反応の反応開始剤又は触媒の少なくともいずれか一方を含んでいることを特徴とする請求項5に記載の微小粒子の製造方法。 - 流体IIが、溶質を溶解させた溶液であり、
流体IIの微小粒子内に溶質の超微小粒子を析出させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の微小粒子の製造方法。 - 流体IIが、溶質を溶解させた溶液であり、
流体αが、流体II中の前記溶質と反応して流体IIの微小粒子内に不溶物の超微小粒子として析出する物質を含む溶液であることを特徴とする請求項5に記載の微小粒子の製造方法。 - 前記第1及び第2の管が、金属、ガラス及び樹脂のいずれかからなる管であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の微小粒子の製造方法。
- 流体Iが流される第1の管と、一端部が前記第1の管内に存在し且つ前記一端部近傍が前記第1の管の軸方向と実質的に平行に延在するように配置された、流体IIが流される第2の管と、一端部が前記第2の管内に存在し且つ前記一端部近傍が前記第2の管の軸方向と実質的に平行に延在するように配置された、流体IIIが流される第3の管とを用いて微小粒子を製造するための方法であって、
前記第3の管の前記一端部から排出される流体IIIが前記第2の管内で流体IIに包囲された微小粒子となり、且つ、前記第2の管の前記一端部から排出される流体IIが前記第1の管内で流体IIIの微小粒子を包囲した二重構造の微小粒子となるように、流体I、流体II及び流体IIIの流速及び物性値並びに前記第1、第2及び第3の管の寸法を選択して、前記第1、第2及び第3の管にそれぞれ流体I、流体II及び流体IIIを流すことを特徴とする微小粒子の製造方法。 - 前記第2の管の前記一端部よりも下流側において、前記第1の管内に流体βを流すことを特徴とする請求項10に記載の微小粒子の製造方法。
- 流体IIが反応基質Aを含み、
流体βが、反応基質Aと反応する反応基質B、及び、反応基質Aに関する反応の反応開始剤又は触媒の少なくともいずれか一方を含んでいることを特徴とする請求項11に記載の微小粒子の製造方法。 - 第n(n:3以上の自然数)の流体が流される第nの管の一端部がその外側に配置された第(n−1)の管内に存在し且つ第nの管の前記一端部近傍が前記第(n−1)の管の軸方向と実質的に平行に延在するように配置された、互いに同軸に配置されたn本の管を用いて微小粒子を製造するための方法であって、
mをn−2以下の自然数のいずれの値としたときにも、第(m+2)の管の一端部から排出される第(m+2)の流体の微小粒子を包囲した第(m+1)の流体の微小粒子が第mの管の一端部から排出されるように、第m、第(m+1)及び第(m+2)の流体の流速及び物性値並びに前記第m、第(m+1)及び第(m+2)の管の寸法を選択して、前記第m、第(m+1)及び第(m+2)の管にそれぞれ第m、第(m+1)及び第(m+2)の流体を流すことを特徴とする微小粒子の製造方法。 - 流体Iが流される第1の管と、
一端部が前記第1の管内に存在し且つ前記一端部近傍が前記第1の管の軸方向と実質的に平行に延在するように配置された、流体IIが流される第2の管と、
前記第2の管の前記一端部から排出される流体IIが前記第1の管内において流体Iに包囲された微小粒子となるように、流体I及び流体IIの物性値と前記第1及び第2の管の寸法とに基づいて、流体I及び流体IIの流速を制御するための流速制御手段とを備えていることを特徴とする微小粒子の製造装置。 - 前記第1の管には、前記第2の管の前記一端部よりも下流側から前記第1の管内に流体αを流すための流路が設けられていることを特徴とする請求項14〜16のいずれか1項に記載の微小粒子の製造装置。
- 前記第1及び第2の管が、金属、ガラス及び樹脂のいずれかからなる管であることを特徴とする請求項14〜16のいずれか1項に記載の微小粒子の製造装置。
- 流体Iが流される第1の管と、
一端部が前記第1の管内に存在し且つ前記一端部近傍が前記第1の管の軸方向と実質的に平行に延在するように配置された、流体IIが流される第2の管と、
一端部が前記第2の管内に存在し且つ前記一端部近傍が前記第2の管の軸方向と実質的に平行に延在するように配置された、流体IIIが流される第3の管と、
前記第3の管の前記一端部から排出される流体IIIが前記第2の管内で流体IIに包囲された微小粒子となり、且つ、前記第2の管の前記一端部から排出される流体IIが前記第1の管内で流体IIIの微小粒子を包囲した二重構造の微小粒子となるように、流体I、流体II及び流体IIIの物性値と前記第1、第2及び第3の管の寸法とに基づいて、流体I、流体II及び流体IIIの流速を制御するための流速制御手段とを備えていることを特徴とする微小粒子の製造装置。 - 第n(n:3以上の自然数)の流体が流される第nの管の一端部がその外側に配置された第(n−1)の管内に存在し且つ第nの管の前記一端部近傍が前記第(n−1)の管の軸方向と実質的に平行に延在するように配置された、互いに同軸に配置されたn本の管と、
mをn−2以下の自然数のいずれの値としたときにも、第(m+2)の管の一端部から排出される第(m+2)の流体の微小粒子を包囲した第(m+1)の流体の微小粒子が第mの管の一端部から排出されるように、第m、第(m+1)及び第(m+2)の流体の物性値と前記第m、第(m+1)及び第(m+2)の管の寸法とに基づいて、第m、第(m+1)及び第(m+2)の流体の流速を制御するための流速制御手段とを備えていることを特徴とする微小粒子の製造装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003274304A JP2004255367A (ja) | 2003-02-03 | 2003-07-14 | 微小粒子の製造方法及び製造装置 |
PCT/JP2003/015374 WO2004069402A1 (ja) | 2003-02-03 | 2003-12-02 | 微小粒子の製造方法及び製造装置 |
DE10394092T DE10394092T5 (de) | 2003-02-03 | 2003-12-02 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von feinen Teilchen |
US10/544,063 US20060231963A1 (en) | 2003-02-03 | 2003-12-02 | Method and apparatus for producing fine particles |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003025995 | 2003-02-03 | ||
JP2003274304A JP2004255367A (ja) | 2003-02-03 | 2003-07-14 | 微小粒子の製造方法及び製造装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004255367A true JP2004255367A (ja) | 2004-09-16 |
Family
ID=32852653
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003274304A Withdrawn JP2004255367A (ja) | 2003-02-03 | 2003-07-14 | 微小粒子の製造方法及び製造装置 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20060231963A1 (ja) |
JP (1) | JP2004255367A (ja) |
DE (1) | DE10394092T5 (ja) |
WO (1) | WO2004069402A1 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005051511A1 (ja) * | 2003-11-28 | 2005-06-09 | Mitsubishi Chemical Corporation | 有機化合物微粒子の製造方法 |
JP2007008924A (ja) * | 2005-05-31 | 2007-01-18 | Kao Corp | 有機化合物微粒子の製造方法及びそれにより製造された有機化合物微粒子、並びに、その粒径制御方法 |
JP2011194366A (ja) * | 2010-03-23 | 2011-10-06 | Fujifilm Corp | 微粒子製造方法及び微粒子製造装置 |
US8163807B2 (en) | 2008-11-18 | 2012-04-24 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Blending apparatus, blending method, phase inversion emulsifying method, and method for producing resin particle dispersion |
WO2015137380A1 (ja) * | 2014-03-11 | 2015-09-17 | 凸版印刷株式会社 | 液滴製造デバイス、液滴の製造方法、リポソームの製造方法、固定具及び液滴製造キット |
JPWO2021059628A1 (ja) * | 2019-09-24 | 2021-04-01 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2766478A (en) * | 1951-10-15 | 1956-10-16 | Gasoline Res Ind And Commercia | Encapsulating method and apparatus |
US3285712A (en) * | 1959-10-28 | 1966-11-15 | Ministerul Ind Petrolului | Apparatus for the nitration of organic compounds in gaseous phase |
US3973466A (en) * | 1973-08-03 | 1976-08-10 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method for chemiluminescently detecting infiltration of protected perimeters and the like |
DE2410570C2 (de) * | 1974-03-06 | 1982-04-29 | Basf Ag, 6700 Ludwigshafen | Vorrichtung zum Ansaugen und Verdichten von Gasen und deren Vermischung mit Flüssigkeit |
JPS60110329A (ja) * | 1983-11-18 | 1985-06-15 | Mitsubishi Acetate Co Ltd | 多糖類球状物及びその製造方法 |
JPH0310774Y2 (ja) * | 1986-12-22 | 1991-03-18 | ||
JPH06226085A (ja) * | 1993-02-03 | 1994-08-16 | Asahi Glass Co Ltd | 酸化物微粒子の製造装置および製造方法 |
JPH0810313A (ja) * | 1994-07-01 | 1996-01-16 | Freunt Ind Co Ltd | シームレスカプセルの製造方法 |
-
2003
- 2003-07-14 JP JP2003274304A patent/JP2004255367A/ja not_active Withdrawn
- 2003-12-02 WO PCT/JP2003/015374 patent/WO2004069402A1/ja active Application Filing
- 2003-12-02 US US10/544,063 patent/US20060231963A1/en not_active Abandoned
- 2003-12-02 DE DE10394092T patent/DE10394092T5/de not_active Withdrawn
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005051511A1 (ja) * | 2003-11-28 | 2005-06-09 | Mitsubishi Chemical Corporation | 有機化合物微粒子の製造方法 |
JP2007008924A (ja) * | 2005-05-31 | 2007-01-18 | Kao Corp | 有機化合物微粒子の製造方法及びそれにより製造された有機化合物微粒子、並びに、その粒径制御方法 |
US8163807B2 (en) | 2008-11-18 | 2012-04-24 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Blending apparatus, blending method, phase inversion emulsifying method, and method for producing resin particle dispersion |
JP2011194366A (ja) * | 2010-03-23 | 2011-10-06 | Fujifilm Corp | 微粒子製造方法及び微粒子製造装置 |
WO2015137380A1 (ja) * | 2014-03-11 | 2015-09-17 | 凸版印刷株式会社 | 液滴製造デバイス、液滴の製造方法、リポソームの製造方法、固定具及び液滴製造キット |
JP6031711B2 (ja) * | 2014-03-11 | 2016-11-24 | 凸版印刷株式会社 | 液滴製造デバイス、液滴の製造方法、リポソームの製造方法、固定具及び液滴製造キット |
JPWO2021059628A1 (ja) * | 2019-09-24 | 2021-04-01 | ||
JP7267442B2 (ja) | 2019-09-24 | 2023-05-01 | 富士フイルム株式会社 | スラグ流の形成方法、有機化合物の製造方法、粒子の製造方法、及び抽出方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20060231963A1 (en) | 2006-10-19 |
WO2004069402A1 (ja) | 2004-08-19 |
DE10394092T5 (de) | 2005-12-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhao et al. | Nanoparticle synthesis in microreactors | |
Geng et al. | Multiphase microfluidics: fundamentals, fabrication, and functions | |
Shah et al. | Fabrication of monodisperse thermosensitive microgels and gel capsules in microfluidic devices | |
JP5869482B2 (ja) | ジェッティングおよび他の技術を使用して生成された多重エマルジョン | |
Peng et al. | A review of microreactors based on slurry Taylor (segmented) flow | |
US20100170957A1 (en) | Monodisperse droplet generation | |
Liu et al. | Microfluidic synthesis of highly spherical calcium alginate hydrogels based on external gelation using an emulsion reactant | |
JP5683796B2 (ja) | 微小構造体の製造方法およびマイクロリアクター | |
Sebastian Cabeza | Chapter High and Efficient Production of Nanomaterials by Microfluidic Reactor Approaches | |
Kang et al. | Recent progress in the synthesis of inorganic particulate materials using microfluidics | |
Serra et al. | Engineering polymer microparticles by droplet microfluidics | |
KR102164022B1 (ko) | 인-시튜 졸-겔 ?칭 영역이 통합된 미세액적 기반의 미세유체 디바이스를 이용한 나노입자의 제조방법 | |
JP2007069162A (ja) | ナノ粒子の製造方法 | |
Xu et al. | A region-selective modified capillary microfluidic device for fabricating water–oil Janus droplets and hydrophilic–hydrophobic anisotropic microparticles | |
Zhang et al. | Ultrasound enhancing the mass transfer of droplet microreactor for the synthesis of AgInS2 nanocrystals | |
Boskovic et al. | Synthesis of polymer particles and capsules employing microfluidic techniques | |
WO2021181342A1 (en) | Monodispersed microbubbles production using a modified micro-venturi bubble generator | |
JP2004255367A (ja) | 微小粒子の製造方法及び製造装置 | |
JP5453092B2 (ja) | 溶質の析出法及び装置 | |
Campbell et al. | Facile synthesis of anhydrous microparticles using plug-and-play microfluidic reactors | |
Malakshah et al. | Numerical investigation of double emulsion formation in non-Newtonian fluids using double co-flow geometry | |
Cai et al. | Controllable Monodisperse Amphiphilic Janus Microparticles | |
Raji et al. | Effects of the microchannel shape upon droplet formations during synthesis of nanoparticles | |
RU2718617C1 (ru) | Микродиспергатор для генерирования капель | |
Hattoria et al. | Fabrication of composite particles through single pass using a coaxial tube reactor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060621 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060627 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20090205 |