JP2006224013A - Micro-electrochemical reactor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロ電気化学リアクタに関するものである。
更に,詳述すれば、マイクロ流路内に電極が設けられたマイクロ電気化学リアクタに関するものである。
The present invention relates to a microelectrochemical reactor.
More specifically, the present invention relates to a microelectrochemical reactor in which an electrode is provided in a microchannel.
マイクロ電気化学リアクタに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
図8は、従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図である。
微量な液体を流すマイクロ電気化学リアクタの構成例を示したものである。
基板部101、光硬化性樹脂102、光透過性のあるカバー板103の順の3層で構成されている。
この流路デバイスは、基板部101とカバー基板103の間に未硬化の光硬化性樹脂を充填したのちに、光硬化反応によって流路パターン104の周辺部を硬化させることによって、流路パターン104が形成されて、マイクロ電気化学リアクタが一体に構成されている。
FIG. 8 is an explanatory view showing the structure of a main part of a conventional example that is generally used.
1 shows a configuration example of a microelectrochemical reactor that allows a small amount of liquid to flow.
It consists of three layers of a
In this flow channel device, the uncured photocurable resin is filled between the
ここで、基板部101に光透過性の材料を用いた場合には、送液側の注入口105,105’から試料液と反応液を外部ポンプによって流すことで、混合部106で反応によって生じた変化を吸光度変化として検出することができ、これをもとに微量な試料液体中の目的物質の濃度を知ることができる。
なお、混合液は廃液口107から排出される。
Here, in the case where a light-transmitting material is used for the
The mixed liquid is discharged from the
マイクロ電気化学リアクタでは、デバイスの用途や応用によりさまざまな薬品を流す必要があり、耐食性を考慮すると、例えば、ガラスだけでできた流路が望ましい。
また流路内に電極を形成して、ハーメチックシールを形成して流路外部に電極を取り出したいというニーズがある。
In a microelectrochemical reactor, it is necessary to flow various chemicals depending on the application and application of the device. In consideration of corrosion resistance, for example, a flow path made only of glass is desirable.
There is also a need to form an electrode in the flow path, form a hermetic seal, and take the electrode out of the flow path.
この例として、従来技術で紹介したデバイスでは樹脂で封止して電極を取り出している。
しかし、2枚のガラス基板を貼りあわせた構造の流路では、ガラス基板は硬いので、電極エッジ部からのリークが大きな問題となる。
以下に、例を示して詳しく説明する。
As an example of this, in the device introduced in the prior art, the electrode is taken out by sealing with resin.
However, in the flow path having a structure in which two glass substrates are bonded together, the glass substrate is hard, so that leakage from the electrode edge becomes a serious problem.
Hereinafter, an example will be described in detail.
図9は2枚のガラス基板を貼合わせた流路からハーメチック電極を取り出す一例の要部構成説明図、図10は図9の正面図、図11は図9の側面図である。
図において、第1の基板201には、注入口202と廃液口203とが設けられている。
第1の基板201には、電極204が設けられている。
FIG. 9 is an explanatory view of a main part configuration of an example in which a hermetic electrode is taken out from a flow path obtained by bonding two glass substrates, FIG. 10 is a front view of FIG. 9, and FIG. 11 is a side view of FIG.
In the figure, the first substrate 201 is provided with an injection port 202 and a waste liquid port 203.
An electrode 204 is provided on the first substrate 201.
第2の基板205は、第1の基板201に一面が接続されている。
流路206は、第2の基板205に設けられ、注入口202と廃液口203とを結ぶ。
しかしながら、このような装置においては、図9,10に示す如く、この場合は、断面三角形状の電極エッジ部の隙間2041からのリークが大きな問題となる。
One surface of the second substrate 205 is connected to the first substrate 201.
The flow path 206 is provided in the second substrate 205 and connects the injection port 202 and the waste liquid port 203.
However, in such an apparatus, as shown in FIGS. 9 and 10, in this case, a leak from the gap 2041 at the electrode edge portion having a triangular cross-section is a serious problem.
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、流体のリークが無く、流路外部に容易に電極を取り出すことが出来るマイクロ電気化学リアクタを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a microelectrochemical reactor in which there is no fluid leakage and an electrode can be easily taken out of the flow path.
このような課題を達成するために、本発明では、請求項1のマイクロ電気化学リアクタにおいては、
流路に電極部を有し複数の反応物を生成するマイクロ電気化学リアクタにおいて、
第1の基板の一面に周縁部に隙間を有することなく埋め込み形成されこの第1の基板の一面と同一平面をなす電極部と、この第1の基板の前記一面に一面が接して設けられた第2の基板と、前記流路の反応部に設けられ前記複数の反応物を分離する分離手段とを具備したことを特徴とする。
In order to achieve such a problem, in the present invention, in the microelectrochemical reactor according to claim 1,
In a microelectrochemical reactor that has an electrode part in a flow path and generates a plurality of reactants,
An electrode portion which is embedded and formed on one surface of the first substrate without a gap in the peripheral portion and is flush with the one surface of the first substrate, and one surface is provided in contact with the one surface of the first substrate. It is characterized by comprising a second substrate and separation means provided in the reaction part of the flow path for separating the plurality of reactants.
本発明の請求項2においては、請求項1記載のマイクロ電気化学リアクタにおいて、
前記分離手段は、前記反応部の流路方向に流路中心に沿って設けられ流路を流路方向と直交方向に連続的に遮えぎる連続分離板と、この連続分離板に対向して前記流路に設けられこの連続分離板と流路方向と直交方向に連続的に隙間を構成する溝とを具備したことをを特徴とする。
According to claim 2 of the present invention, in the microelectrochemical reactor according to claim 1,
The separation means is provided in the flow path direction of the reaction section along the flow path center and continuously blocks the flow path in the direction orthogonal to the flow path direction, and is opposed to the continuous separation plate. It is provided with this continuous separation plate provided in the flow path and a groove that continuously forms a gap in a direction orthogonal to the flow path direction.
本発明の請求項3においては、請求項1又は請求項2記載のマイクロ電気化学リアクタにおいて、
前記流路は、流入路が1個であることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the microelectrochemical reactor according to the first or second aspect,
The flow path has one inflow path.
本発明の請求項4においては、請求項1又は請求項2記載のマイクロ電気化学リアクタにおいて、
前記流路は、流入路が2個に分離されていることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the microelectrochemical reactor according to the first or second aspect,
The flow path is characterized in that the inflow path is separated into two.
本発明の請求項5においては、請求項1乃至請求項4の何れかに記載のマイクロ電気化学リアクタにおいて、
前記第1,第2の基板はガラスよりなることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the microelectrochemical reactor according to any one of the first to fourth aspects,
The first and second substrates are made of glass.
本発明の請求項6においては、請求項5記載のマイクロ電気化学リアクタにおいて、
前記ガラスはパイレックス(登録商標)ガラスよりなることを特徴とする。
In claim 6 of the present invention, in the microelectrochemical reactor according to claim 5,
The glass is made of Pyrex (registered trademark) glass.
本発明の請求項7においては、請求項5又は請求項6記載のマイクロ電気化学リアクタにおいて、
前記第1の基板と第2の基板とは、熱圧着接合により接合されたことを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in the microelectrochemical reactor according to the fifth or sixth aspect,
The first substrate and the second substrate are bonded by thermocompression bonding.
以上説明したように、本発明によれば、次のような効果がある。
電極部の段差が生じ無いため、漏れの無いハーチックシール電極を有するマイクロ電気化学リアクタが得られる。
また、流路内のチャンネルセパレータや電極パターンも研磨により同時に形成出来るマイクロ電気化学リアクタが得られる。
As described above, the present invention has the following effects.
Since there is no step in the electrode part, a microelectrochemical reactor having a hertic seal electrode without leakage can be obtained.
In addition, a microelectrochemical reactor can be obtained in which channel separators and electrode patterns in the flow path can be simultaneously formed by polishing.
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図1は本発明の一実施例の要部構成説明図、図2は図1の平面図、図3は図1のa−a断面図、図4は図1のb−b断面図、図5は図1の製作説明図である。
図において、電極部31a,31bは、第1の基板32の一面321に周縁部に隙間を有することなく埋め込み形成され、第1の基板の一面321と同一平面をなす。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory view showing the structure of the main part of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view taken along the line aa in FIG. 5 is a production explanatory view of FIG.
In the figure,
この場合は、電極部31a,31bは、クロムを下地膜とした白金膜よりなり、スパッタにより形成されている。
第2の基板33は、第1の基板の一面321に一面331が接して設けられている。
この場合は、第1,第2の基板32,33はガラスよりなり、パイレックス(登録商標)ガラスよりなる。
In this case, the
The second substrate 33 is provided such that one surface 331 is in contact with one surface 321 of the first substrate.
In this case, the first and second substrates 32 and 33 are made of glass and made of Pyrex (registered trademark) glass.
また、第1の基板32と第2の基板33とは、熱圧着接合により接合されている。
分離手段34は、流路35a,35bの反応部36a,36bに設けられ、複数の反応物を分離する。
この場合は、分離手段34は、反応部36a,36bの流路方向に流路中心に沿って設けられ流路を流路方向と直交方向に連続的に遮えぎる連続分離板341と、連続分離板341に対向して、流路35a,35bに設けられこの連続分離板と流路方向と直交方向に連続的に隙間を構成する溝342とを有する。
Further, the first substrate 32 and the second substrate 33 are joined by thermocompression bonding.
The separation means 34 is provided in the reaction portions 36a and 36b of the
In this case, the separation means 34 is provided along the flow path direction of the reaction portions 36a and 36b along the flow path center, and continuously separates the flow path in the direction orthogonal to the flow path direction. Opposite to the separation plate 341, the continuous separation plate provided in the
37aと38aとは流路35aに設けられた注入口と廃液口である。
37bと38bとは流路35bに設けられた注入口と廃液口である。
この場合は、注入口37b,37bは2個設けられて、流入路が2個に分離されているが、流入路が1個にまとめられても良いことは勿論である。
Reference numerals 37a and 38a denote an inlet and a waste liquid port provided in the
Reference numerals 37b and 38b denote an inlet and a waste liquid port provided in the flow path 35b.
In this case, two inlets 37b and 37b are provided and the inflow path is separated into two, but it is needless to say that the inflow paths may be combined into one.
以上の構成において、以下の動作が行われる。
流路35aと流路35bに流体を流した状態で,電極31aと電極31bの間に電圧を印加すると、電極31aと電極31bの表面で電気化学反応が起きて反応生成物が生成される。
分離手段34が、電極31aの反応生成物と電極31bの反応生成物の混合を妨げる。
In the above configuration, the following operation is performed.
When a voltage is applied between the electrode 31a and the
Separation means 34 prevents mixing of the reaction product of electrode 31a and the reaction product of
そして、本発明装置は、以下の如くして作製する。
(1)図5(a)に示す如き第1の基板32の一面321に、図5(b)に示す如く、例えば、弗酸により、エッチングパターン301を形成する。
この場合は第1の基板32は、パイレックス(登録商標)ガラス基板が使用されている。
The device of the present invention is manufactured as follows.
(1) An etching pattern 301 is formed on one surface 321 of the first substrate 32 as shown in FIG. 5A by using, for example, hydrofluoric acid as shown in FIG. 5B.
In this case, the first substrate 32 is a Pyrex (registered trademark) glass substrate.
(2)図5(c)に示す如く、例えば、弗酸により、流路35a,35bと流路内の連続分離板341となる深い溝パターン302を形成する。
(2) As shown in FIG. 5C, the deep groove pattern 302 to be the
(3)図5(d)に示す如く、第1の基板32の一面321とエッチングパターン301との上に電極303を成膜する。
この場合は、電極303はクロムを下地膜とした白金膜がスパッタされている。
(4)図5(e)に示す如く、第1の基板32の一面321を研磨により平坦化する。
(3) As shown in FIG. 5D, an electrode 303 is formed on the one surface 321 of the first substrate 32 and the etching pattern 301.
In this case, the electrode 303 is sputtered with a platinum film having chromium as a base film.
(4) As shown in FIG. 5E, the one surface 321 of the first substrate 32 is planarized by polishing.
(5)図5(f)に示す如き第2の基板33の一面331に、図5(g)に示す如く、例えば、弗酸によりエッチングにより溝342を形成する。
この場合は、第2の基板33は、パイレックス(登録商標)ガラス基板が使用されている。
(5)図5(h)に示す如く、第1の基板32の一面321と第2の基板33の一面331とを、この場合は、熱圧着接合する。
(5) A
In this case, the second substrate 33 is a Pyrex (registered trademark) glass substrate.
(5) As shown in FIG. 5 (h), one surface 321 of the first substrate 32 and one surface 331 of the second substrate 33 are bonded by thermocompression bonding in this case.
この結果、電極部31a,31bの段差が生じ無いため、漏れの無いハーチックシール電極を有するマイクロ電気化学リアクタが得られる。
また、流路内のチャンネルセパレータ34や電極パターン31a,31bも研磨により同時に形成出来るマイクロ電気化学リアクタが得られる。
As a result, there is no level difference between the
Further, a microelectrochemical reactor can be obtained in which the channel separator 34 and the
図6は、本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、第1の基板32側ではなく、第2の基板33側に流路45a,45bと連続分離板441を設け、第1の基板32側に溝442が設けられた実施例である。
FIG. 6 is an explanatory view of the main part configuration of another embodiment of the present invention.
In this embodiment, the flow paths 45a and 45b and the continuous separation plate 441 are provided on the second substrate 33 side, not the first substrate 32 side, and the
以上の構成において、図6実施例は、以下の如くして作製する。
(1)図6(a)に示す如き第1の基板32の一面321に、図6(b)に示す如く、例えば、弗酸によりエッチングパターン401を形成する。
この場合は第1の基板32は、パイレックス(登録商標)ガラス基板が使用されている。
In the above configuration, the embodiment shown in FIG. 6 is manufactured as follows.
(1) As shown in FIG. 6B, an etching pattern 401 is formed on one surface 321 of the first substrate 32 as shown in FIG.
In this case, the first substrate 32 is a Pyrex (registered trademark) glass substrate.
(2)図6(c)に示す如く、第1の基板32の一面とエッチングパターン401との上に電極402を成膜する。
この場合は、電極402はクロムを下地膜とした白金膜がスパッタされている。
(3)図6(d)に示す如く、第1の基板32の一面を研磨により平坦化する。
(4)図6(e)に示す如く、第1の基板32の一面に溝412がエッチングにより形成される。
(2) As shown in FIG. 6C, an electrode 402 is formed on one surface of the first substrate 32 and the etching pattern 401.
In this case, the electrode 402 is sputtered with a platinum film having chromium as a base film.
(3) As shown in FIG. 6D, one surface of the first substrate 32 is flattened by polishing.
(4) As shown in FIG. 6E, a groove 412 is formed on one surface of the first substrate 32 by etching.
(5)図6(f)に示す如き第2の基板33の一面に、図5(g)に示す如く、例えば、弗酸によりエッチングにより流路パターン流路45a,45bと連続分離板441とが形成される。
この場合は、第2の基板33は、パイレックス(登録商標)ガラス基板が使用されている。
(5) On one surface of the second substrate 33 as shown in FIG. 6 (f), as shown in FIG. 5 (g), for example, the flow path pattern flow paths 45a and 45b and the continuous separation plate 441 are etched by hydrofluoric acid. Is formed.
In this case, the second substrate 33 is a Pyrex (registered trademark) glass substrate.
(6)図6(h)に示す如く、第1の基板32の一面321と第2の基板33の一面331とを、この場合は、熱圧着接合する。 (6) As shown in FIG. 6 (h), one surface 321 of the first substrate 32 and one surface 331 of the second substrate 33 are bonded by thermocompression bonding in this case.
なお、前述の実施例においては、第1,第2の基板はガラスよりなると説明したが、これに限ることはなく、例えば、シリコンやセラミック、プラスチックであっても良い。 In the above-described embodiments, the first and second substrates are made of glass. However, the present invention is not limited to this. For example, silicon, ceramic, or plastic may be used.
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
The above description merely shows a specific preferred embodiment for the purpose of explanation and illustration of the present invention.
Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes many changes and modifications without departing from the essence thereof.
101 基板部
102 光硬化性樹脂
103 カバー基板
104 流路パターン
105 注入口
105‘ 注入口
107 廃液口
201 第1の基板部
202 注入口
203 廃液口
204 電極
2041 隙間
205 第2の基板
206 流路
31a 電極部
31b 電極部
32 第1の基板
321 第1の基板の一面
33 第2の基板
331 第2の基板の一面
34 分離手段
341 連続分離板
342 溝
35a 流路
35b 流路
36a 反応部
36b 反応部
37a 注入口
37b 注入口
38a 廃液口
38b 廃液口
301 エッチングパターン
302 深い溝パターン
303 電極
44 分離手段
441 連続分離板
442 溝
45a 流路
45b 流路
401 エッチングパターン
402 電極
403 電極
DESCRIPTION OF
Claims (7)
第1の基板の一面に周縁部に隙間を有することなく埋め込み形成されこの第1の基板の一面と同一平面をなす電極部と、
この第1の基板の前記一面に一面が接して設けられた第2の基板と、
前記流路の反応部に設けられ前記複数の反応物を分離する分離手段と
を具備したことを特徴とするマイクロ電気化学リアクタ。 In a microelectrochemical reactor that has an electrode part in a flow path and generates a plurality of reactants,
An electrode portion that is embedded and formed on one surface of the first substrate without a gap in the periphery, and is flush with the one surface of the first substrate;
A second substrate provided in contact with the one surface of the first substrate;
A microelectrochemical reactor comprising: separation means provided in a reaction portion of the flow path for separating the plurality of reactants.
この連続分離板に対向して前記流路に設けられこの連続分離板と流路方向と直交方向に連続的に隙間を構成する溝と
を具備したことをを特徴とする請求項1記載のマイクロ電気化学リアクタ。 The separating means is provided along the center of the flow path in the flow path direction of the reaction section, and continuously separates the flow path in a direction orthogonal to the flow path direction;
2. The micro of claim 1, further comprising: a groove which is provided in the flow path so as to face the continuous separation plate and forms a gap continuously in a direction orthogonal to the flow direction. Electrochemical reactor.
を特徴とする請求項1又は請求項2記載のマイクロ電気化学リアクタ。 The microelectrochemical reactor according to claim 1 or 2, wherein the flow path has one inflow path.
を特徴とする請求項1又は請求項2記載のマイクロ電気化学リアクタ。 The microelectrochemical reactor according to claim 1 or 2, wherein the flow path is divided into two inflow paths.
を特徴とする請求項1乃至請求項4の何れかに記載のマイクロ電気化学リアクタ。 The microelectrochemical reactor according to any one of claims 1 to 4, wherein the first and second substrates are made of glass.
を特徴とする請求項5記載のマイクロ電気化学リアクタ。 The microelectrochemical reactor according to claim 5, wherein the glass is made of Pyrex (registered trademark) glass.
を特徴とする請求項5又は請求項6記載のマイクロ電気化学リアクタ。
The microelectrochemical reactor according to claim 5 or 6, wherein the first substrate and the second substrate are bonded by thermocompression bonding.
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