JP2009090248A - Structure having micro flow passage, its manufacturing method and microreactor - Google Patents

Structure having micro flow passage, its manufacturing method and microreactor Download PDF

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道昭 村田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structure having a micro flow passage the clogging of which is restrained and to provide a method for manufacturing the structure having the micro flow passage and a microreactor the clogging of which is restrained. <P>SOLUTION: The structure having the micro flow passage is provided which has at least one connection part formed from at least two members for forming the micro flow passage and a film buried/formed at least partially in a concave part on the surface of the micro flow passage. The method for manufacturing the structure having the micro flow passage is provided and the microreactor is also provided in which a part or the whole of the micro flow passage is formed from the structure having the micro flow passage. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明はマイクロ流路構造体、マイクロ流路構造体の製造方法、及び、マイクロリアクターに関する。   The present invention relates to a microchannel structure, a method of manufacturing a microchannel structure, and a microreactor.

一般的に「微細加工を利用して作られ、等価直径が500μm以下の微小な流路で反応を行う装置」と定義されているマイクロリアクターに代表される微小な素子や装置は、例えば、物質の分析、合成、抽出、分離を行う技術に応用した場合、少量多品種、高効率、低環境負荷などの多くの利点が得られるため、近年、様々な分野への応用が期待されている。   In general, a microelement or device represented by a microreactor defined as “a device that uses microfabrication and performs a reaction in a microchannel having an equivalent diameter of 500 μm or less” includes, for example, a substance When applied to techniques for analysis, synthesis, extraction, and separation, there are many advantages such as small variety, variety, high efficiency, and low environmental impact, and in recent years, application to various fields is expected.

特許文献1には、液体の導入部、微細な液体通路、液体排出部を含み、その液体通路が帯状強磁性体による磁気障壁により形成されており、前記導入部より導入された磁性を有する液体を、その液体通路において化学反応、混合、抽出、吸収の内の少なくとも1種の操作を行わせるように構成されていることを特徴とするマイクロリアクター、及び、その液体通路へめっき液やエッチング液を流すことにより、めっきやエッチングを施す手段が開示されている。   Patent Document 1 includes a liquid introduction portion, a fine liquid passage, and a liquid discharge portion, and the liquid passage is formed by a magnetic barrier made of a strip-shaped ferromagnetic material, and has a magnetic property introduced from the introduction portion. , A microreactor configured to perform at least one of chemical reaction, mixing, extraction, and absorption in the liquid passage, and a plating solution or an etching solution to the liquid passage. Means for carrying out plating and etching by flowing is disclosed.

特開2004−82118号公報JP 2004-82118 A

本発明が解決しようとする課題は、詰まりの発生が抑制されたマイクロ流路を有するマイクロ流路構造体を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a microchannel structure having a microchannel in which the occurrence of clogging is suppressed.

本発明の前記解決しようとする課題は下記の手段によって解決された。
<1> マイクロ流路を形成する少なくとも2つの部材により形成された少なくとも1つの接続部を有し、マイクロ流路内表面の凹部を少なくとも部分的に埋設した被膜が形成されたマイクロ流路を有することを特徴とするマイクロ流路構造体、
<2> 前記接続部が、マイクロ流路を形成する管状部材の端部と管継手の片側との接続部である<1>に記載のマイクロ流路構造体、
<3> 前記被膜表面の凹部の深さが0.5μm以下である<1>又は<2>に記載のマイクロ流路構造体、
<4> 前記被膜の厚みが1.0〜3.0μmである<1>〜<3>いずれか1つに記載のマイクロ流路構造体、
<5> 前記マイクロ流路の内径が200〜5,000μmである<1>〜<4>いずれか1つに記載のマイクロ流路構造体、
<6> 前記被膜がめっき金属及び/又は合成樹脂材料により形成された被膜である<1>〜<5>いずれか1つに記載のマイクロ流路構造体、
<7> マイクロ流路内表面が導電性であり、前記合成樹脂材料により形成された被膜が、電着により形成された被膜である<6>に記載のマイクロ流路構造体、
<8> 前記電着により形成された被膜が、ポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂により形成された被膜である<7>に記載のマイクロ流路構造体、
<9> マイクロ流路を形成する少なくとも2つの部材により形成された少なくとも1つの接続部、及び、導電性の流路内表面を有するマイクロ流路内にめっき液又は電着液を充填する工程、並びに、前記マイクロ流路内表面にめっき又は電着により被膜を形成して、マイクロ流路内表面の凹部を少なくとも部分的に埋設する工程を含むことを特徴とするマイクロ流路構造体の製造方法、
<10> <1>〜<8>のいずれか1つに記載のマイクロ流路構造体が、マイクロ流路の一部又は全部を形成することを特徴とするマイクロリアクター。
The problem to be solved of the present invention has been solved by the following means.
<1> It has at least one connection part formed by at least two members that form a microchannel, and has a microchannel in which a coating film in which a concave portion on the inner surface of the microchannel is at least partially embedded is formed A microchannel structure characterized by that,
<2> The microchannel structure according to <1>, wherein the connection portion is a connection portion between an end portion of a tubular member forming the microchannel and one side of a pipe joint,
<3> The microchannel structure according to <1> or <2>, wherein the depth of the concave portion on the surface of the coating is 0.5 μm or less,
<4> The microchannel structure according to any one of <1> to <3>, wherein the thickness of the coating is 1.0 to 3.0 μm,
<5> The microchannel structure according to any one of <1> to <4>, wherein an inner diameter of the microchannel is 200 to 5,000 μm,
<6> The microchannel structure according to any one of <1> to <5>, wherein the coating is a coating formed of a plated metal and / or a synthetic resin material.
<7> The microchannel structure according to <6>, wherein the inner surface of the microchannel is conductive, and the coating formed of the synthetic resin material is a coating formed by electrodeposition.
<8> The microchannel structure according to <7>, wherein the coating formed by electrodeposition is a coating formed of a polyimide resin or a polyamide resin.
<9> filling a plating solution or an electrodeposition solution into at least one connection part formed by at least two members forming the microchannel and a microchannel having a conductive channel inner surface; And a method of manufacturing a microchannel structure comprising a step of forming a coating film on the inner surface of the microchannel by plating or electrodeposition, and at least partially embedding a recess in the inner surface of the microchannel ,
<10> A microreactor in which the microchannel structure according to any one of <1> to <8> forms part or all of the microchannel.

前記<1>に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、マイクロ流路の詰まりが抑制されたマイクロ流路構造体を提供することができる。
また、前記<2>に記載の発明によれば、<1>に記載の発明において、詰まりの発生が抑制されたマイクロ流路構造体を提供することができる。
また、前記<3>に記載の発明によれば、<1>又は<2>に記載の発明において、より詰まりの発生が抑制されたマイクロ流路構造体を提供することができる。
また、前記<4>に記載の発明によれば、<1>〜<3>いずれか1つに記載の発明において、より詰まりの発生が抑制されたマイクロ流路構造体を提供することができる。
また、前記<5>に記載の発明によれば、<1>〜<4>いずれか1つに記載の発明において、より詰まりの発生が抑制されたマイクロ流路構造体を提供することができる。
また、前記<6>に記載の発明によれば、<1>〜<5>いずれか1つに記載の発明において、より詰まりの発生が抑制されたマイクロ流路構造体を提供することができる。
また、前記<7>に記載の発明によれば、<6>に記載の発明において、より詰まりの発生が抑制されたマイクロ流路構造体を提供することができる。
また、前記<8>に記載の発明によれば、<7>に記載の発明において、より詰まりの発生が抑制されたマイクロ流路構造体を提供することができる。
また、前記<9>に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、詰まりの発生の抑制に優れたマイクロ流路を有するマイクロ流路構造体の製造方法を提供することができる。
また、前記<10>に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、詰まりの発生が抑制されたマイクロ流路を有するマイクロリアクターを提供することができる。
According to the invention described in <1>, it is possible to provide a microchannel structure in which clogging of the microchannel is suppressed as compared with a case where the present configuration is not provided.
Moreover, according to the invention described in <2>, a microchannel structure in which clogging is suppressed in the invention described in <1> can be provided.
In addition, according to the invention described in <3>, a microchannel structure in which occurrence of clogging is further suppressed in the invention described in <1> or <2> can be provided.
Moreover, according to the invention described in <4>, in the invention described in any one of <1> to <3>, it is possible to provide a microchannel structure in which occurrence of clogging is further suppressed. .
Moreover, according to the invention described in <5>, the microchannel structure in which occurrence of clogging is further suppressed in the invention described in any one of <1> to <4> can be provided. .
Moreover, according to the invention described in <6>, the microchannel structure in which occurrence of clogging is further suppressed in the invention described in any one of <1> to <5> can be provided. .
Moreover, according to the invention described in <7>, the microchannel structure in which occurrence of clogging is further suppressed in the invention described in <6> can be provided.
Moreover, according to the invention described in <8>, the microchannel structure in which occurrence of clogging is further suppressed in the invention described in <7> can be provided.
In addition, according to the invention described in <9>, there is provided a method for manufacturing a microchannel structure having a microchannel that is excellent in suppressing clogging compared to a case where the present configuration is not provided. be able to.
Further, according to the invention described in <10>, it is possible to provide a microreactor having a microchannel in which clogging is suppressed as compared with a case where the present configuration is not provided.

本実施形態のマイクロ流路構造体は、マイクロ流路を形成する少なくとも2つの部材により形成された少なくとも1つの接続部を有し、マイクロ流路内表面の凹部を少なくとも部分的に埋設した被膜が形成されたマイクロ流路を有することを特徴とする。
以下、本実施形態について詳細に説明する。
The microchannel structure according to the present embodiment has at least one connection portion formed by at least two members that form the microchannel, and a coating in which the concave portion on the inner surface of the microchannel is at least partially embedded. It has the formed micro channel.
Hereinafter, this embodiment will be described in detail.

本実施形態において、マイクロ流路とは、極微量の液体を流す微小な流路であって、マイクロスケールの流路をいうが、ミリスケールの流路も含む。
マイクロ流路の断面積は、0.05〜25mm2(「0.05mm2以上25mm2以下」と同義である。以下、とくに断りのない限り他の数値範囲の記載においても同様に扱うものとする。)であることが好ましく、0.10〜10mm2であることがより好ましく、0.15〜5mm2であることがさらに好ましい。
マイクロ流路の断面積から算出したマイクロ流路の円相当内径(直径)は、200〜5,000μmであることが好ましく、250〜1,000μmであることがより好ましく、300〜500μmであることがさらに好ましい。
上記の数値の範囲内であると、めっきや電着によるマイクロ流路内表面の被膜の形成が容易であり、また、マイクロ流路内に液体を導入した場合において気泡発生による詰まりが生じにくいため好ましい。
また、マイクロ流路の長さは、形成されるマイクロ流路の形状にもよるが、好ましくは5〜400mmの範囲であり、より好ましくは10〜200mmの範囲である。
また、マイクロ流路の形状については特に制限はなく、例えば、流れ方向に対し垂直な方向での断面形状が円形、楕円形、多角形など所望の形状とすることができる。また、流路軸形状は特に限定されず、直線上、曲線状等のいかなる形状でもよい。ここで流路軸形状とは、マイクロ流路における流体の流れ方向の軸を意味する。
In the present embodiment, the micro flow path is a micro flow path that allows a very small amount of liquid to flow, and refers to a micro scale flow path, but also includes a millimeter scale flow path.
The cross-sectional area of the microchannel is synonymous with 0.05 to 25 mm 2 (“0.05 mm 2 or more and 25 mm 2 or less”. In the following, unless otherwise noted, the same applies to the description of other numerical ranges. to.) is preferably, more preferably 0.10~10Mm 2, further preferably 0.15~5Mm 2.
The circular equivalent inner diameter (diameter) of the microchannel calculated from the cross-sectional area of the microchannel is preferably 200 to 5,000 μm, more preferably 250 to 1,000 μm, and 300 to 500 μm. Is more preferable.
Within the above numerical range, it is easy to form a coating on the inner surface of the microchannel by plating or electrodeposition, and clogging due to the generation of bubbles is less likely to occur when liquid is introduced into the microchannel. preferable.
Further, the length of the microchannel is preferably in the range of 5 to 400 mm, more preferably in the range of 10 to 200 mm, although it depends on the shape of the microchannel to be formed.
Moreover, there is no restriction | limiting in particular about the shape of a microchannel, For example, the cross-sectional shape in a direction perpendicular | vertical with respect to a flow direction can be made into desired shapes, such as circular, an ellipse, and a polygon. The channel axis shape is not particularly limited, and may be any shape such as a straight line or a curved line. Here, the channel axis shape means an axis in the fluid flow direction in the micro channel.

マイクロ流路は、寸法及び流速がいずれも小さく、マイクロ流路を流れる流体のレイノルズ数は2,300以下となる。従って、本実施形態において、マイクロ流路は、乱流支配ではなく層流支配の流路である。
ここで、レイノルズ数(Re)は、下記式で表されるものであり、2,300以下のときに層流支配となる。
Re=uL/ν (u;流速、L;代表長さ、ν;動粘性係数)
The microchannel has a small size and flow velocity, and the Reynolds number of the fluid flowing through the microchannel is 2,300 or less. Therefore, in the present embodiment, the micro flow channel is not a turbulent flow but a laminar flow.
Here, the Reynolds number (Re) is represented by the following formula, and when it is 2,300 or less, the laminar flow is dominant.
Re = uL / ν (u: flow velocity, L: representative length, ν: kinematic viscosity coefficient)

マイクロ流路が形成される材料として、導電性材料及び非導電性材料が挙げられる。
導電性材料としては、ステンレス(以下、「SUS」ともいう。)等の合金、金、白金、コバルト、鉄、銅、ニッケル、アルミニウム及びチタン等の金属材料が挙げられ、中でもステンレスが好ましい。マイクロ流路の材料が金属等の導電性を有する材料である場合、マイクロ流路を形成する部材を電極として使用できるため、無電解めっき等の処理を施すことなく電気めっきや電着等によりマイクロ流路内表面に被膜を形成できるため好ましい。
Examples of the material for forming the microchannel include a conductive material and a non-conductive material.
Examples of the conductive material include alloys such as stainless steel (hereinafter, also referred to as “SUS”), and metal materials such as gold, platinum, cobalt, iron, copper, nickel, aluminum, and titanium. Of these, stainless steel is preferable. When the material of the microchannel is a conductive material such as a metal, the member that forms the microchannel can be used as an electrode. Therefore, the microchannel can be formed by electroplating or electrodeposition without performing treatment such as electroless plating. This is preferable because a film can be formed on the inner surface of the flow path.

非導電性材料としては、セラミックス、ガラス、シリコーン、樹脂などの材料が挙げられる。前記材料は透明性及び加工性などの観点からはガラスを用いることが好ましい。前記ガラスとしては、例えば、ソーダガラス、石英ガラス、ホウ珪酸ガラス、クリスタルガラス等、一般的なものを使用できる。
また、安価、透明性、成形性及び耐衝撃性などの観点からは樹脂を用いることも好ましい。前記樹脂としては、具体的には、ポリエステル樹脂、スチレン樹脂、アクリル樹脂、スチレン・アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ジエン系樹脂、フェノール樹脂、テルペン樹脂、クマリン樹脂、アミド樹脂、アミドイミド樹脂、ブチラール樹脂、ウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、酢酸ビニル樹脂等が挙げられる。耐衝撃性、耐熱性、耐薬品性、透明性などの観点から、用途に適した樹脂を好ましく用いることができる。また、前記樹脂は、必要に応じて混合樹脂であってもポリマーアロイであってもよい。
Non-conductive materials include materials such as ceramics, glass, silicone, and resin. The material is preferably glass from the viewpoint of transparency and workability. As said glass, common things, such as soda glass, quartz glass, borosilicate glass, crystal glass, can be used, for example.
Moreover, it is also preferable to use resin from the viewpoints of low cost, transparency, moldability, impact resistance, and the like. Specific examples of the resin include polyester resin, styrene resin, acrylic resin, styrene / acrylic resin, silicone resin, epoxy resin, diene resin, phenol resin, terpene resin, coumarin resin, amide resin, amideimide resin, and butyral. Resins, urethane resins, polyethylene resins, vinyl acetate resins and the like can be mentioned. From the viewpoint of impact resistance, heat resistance, chemical resistance, transparency and the like, a resin suitable for the application can be preferably used. Further, the resin may be a mixed resin or a polymer alloy as required.

マイクロ流路の形成方法は、特に制限されないが、公知の方法を用いることができる。
マイクロ流路は、例えば、微細加工技術により作製することができる。微細加工方法としては、例えば、X線を用いたLIGA技術を用いる方法、フォトリソグラフィー法によりレジスト部を構造体として使用する方法、レジスト開口部をエッチング処理する方法、マイクロ放電加工法、YAGレーザーやUVレーザー等を使用するレーザー加工法、ダイアモンドのような硬い材料で作られたマイクロ工具を用いるエンドミル等の機械的マイクロ切削加工法がある。これらの技術は単独で用いてもよく、組み合わせて用いてもよい。
The method for forming the microchannel is not particularly limited, but a known method can be used.
The microchannel can be produced by, for example, a fine processing technique. Examples of the fine processing method include a method using LIGA technology using X-rays, a method using a resist portion as a structure by a photolithography method, a method of etching a resist opening, a micro discharge processing method, a YAG laser, There are a laser processing method using a UV laser and the like, and a mechanical micro cutting method such as an end mill using a micro tool made of a hard material such as diamond. These techniques may be used alone or in combination.

本実施形態において「接続部」とは、少なくとも2つの部材が接続、接着、溶接又は接合等(以下、「接続、接着、溶接又は接合等」を単に「接続等」ともいう。)された場合において、2部材間の最も接近した部分又は2部材間の表面が接している部分を意味する。接続部を有するマイクロ流路を有するマイクロ流路構造体としては以下の態様が例示できるがこれらに限定されたものではない。
(1)図1に示すように、2以上のマイクロ流路を形成する管状部材の端部と管継手の片側とを接続等した場合。
(2)溝状のマイクロ流路が形成された板状の部材に、マイクロ流路の蓋となる板状の部材を接続等した場合。
(3)図2に示すインクジェット記録ヘッドのように(特開2002−307676号公報)、マイクロ流路が形成された2以上の板状の部材を接続等して積層体を形成することによりマイクロ流路を形成した場合。
前記(1)〜(3)において、部材の加工精度や、部材間を接続等する際の位置あわせの精度には限界があるため、接続部を形成する部材間には間隙やズレが生じ、凹凸部が形成されてしまう。また、2以上の部材を接着する場合には接着剤のはみ出しによる凸部や接着剤の欠落による凹部が形成されてしまう。
In the present embodiment, the “connecting portion” refers to a case where at least two members are connected, bonded, welded, joined, or the like (hereinafter, “connected, glued, welded, joined, etc.” is also simply referred to as “connected”). Means the closest part between the two members or the part where the surface between the two members is in contact. Examples of the microchannel structure having the microchannel having the connecting portion include the following modes, but are not limited thereto.
(1) When the end of the tubular member forming two or more micro flow paths and one side of the pipe joint are connected as shown in FIG.
(2) When a plate-like member serving as a lid of the micro-channel is connected to a plate-like member having a groove-shaped micro-channel.
(3) Like the ink jet recording head shown in FIG. 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-307676), two or more plate-like members on which microchannels are formed are connected to form a laminated body to form a micro body. When a flow path is formed.
In the above (1) to (3), since there is a limit to the processing accuracy of the members and the positioning accuracy when connecting the members, gaps and misalignment occur between the members forming the connection part, An uneven part will be formed. Further, when two or more members are bonded, a convex portion due to the protrusion of the adhesive and a concave portion due to the lack of the adhesive are formed.

次に「マイクロ流路内表面の凹部」について説明する。
マイクロ流路内の表面には加工時に形成された微小な溝(凹部)や、前記接続部の凹凸により形成された凹部がある。このような凹部は気泡発生の核となり、マイクロ流路内に導入された液体に溶存している気体を気泡として発生させ、さらに気泡を成長させる(図1)。
通常、液体から気泡を発生させるためには一定のエネルギー障壁を越える程度の大きなエネルギーが必要であるが、すでに存在している気泡が周りの液体中に溶解している気体を吸収して膨張する場合には、エネルギーを必要としない。また、マイクロ流路に液体を導入する際には、流路内表面の角や凹部に気泡が発生しやすく、特に凹部に発生しやすい。図3に示すように流路(特にマイクロ流路)内に気泡13が発生すると、液体14の流れを部分的又は全体的に阻害してしまう。
Next, the “concave portion on the inner surface of the microchannel” will be described.
There are minute grooves (concave portions) formed during processing on the surface in the microchannel and concave portions formed by the concavities and convexities of the connection portion. Such a recess serves as a nucleus for generating bubbles, generating gas dissolved in the liquid introduced into the microchannel as bubbles, and further growing the bubbles (FIG. 1).
Normally, large energy exceeding a certain energy barrier is required to generate bubbles from a liquid, but bubbles that already exist absorb the gas dissolved in the surrounding liquid and expand. In case you don't need energy. In addition, when liquid is introduced into the microchannel, bubbles are likely to be generated at the corners and recesses on the inner surface of the channel, and particularly at the recesses. As shown in FIG. 3, when the bubbles 13 are generated in the flow path (particularly, the micro flow path), the flow of the liquid 14 is partially or entirely obstructed.

試料の容積を測定するためにマイクロリアクター等を用いる場合には、気泡の発生により、正確な試料の容積の測定が困難となる。さらに、光学系を利用して試料を定量又は定性する場合には、気泡によって光の散乱を招き、正確な測定を行うことができない。また、電極を用いて試料を定量又は定性する場合においても、電極上に気泡が発生すると、正確な測定を行うことができない。
通常、分光測定の分野では、溶液からの気泡の発生を防止するために、サンプルの加熱撹拌、超音波撹拌等、溶液から溶存気体を除去して気泡の発生を抑えるための前処理が行われている。しかし、マイクロリアクターを用いる場合には、サンプル自体が微量であり、簡便かつ迅速な測定を目的とするために、これらの前処理を行うことが困難であり、溶液からの気泡の発生を十分に防止することができない。
When a microreactor or the like is used to measure the sample volume, it is difficult to accurately measure the sample volume due to the generation of bubbles. Furthermore, when a sample is quantified or qualitatively using an optical system, scattering of light is caused by bubbles and accurate measurement cannot be performed. Further, even when a sample is quantified or qualitatively using an electrode, if bubbles are generated on the electrode, accurate measurement cannot be performed.
Usually, in the field of spectroscopic measurement, in order to prevent the generation of bubbles from the solution, pre-treatment for removing dissolved gas from the solution and suppressing the generation of bubbles such as heating and stirring of the sample and ultrasonic stirring is performed. ing. However, when using a microreactor, the sample itself is very small, and it is difficult to carry out these pretreatments for the purpose of simple and rapid measurement. It cannot be prevented.

これを回避するために流路内壁を化学研磨(エッチング)すること(特開2004−82118)で凹部の深さを緩和し、気泡の発生を抑制するということが考えられる(図4)。しかしこの方法ではマイクロ流路形成初期の凹凸部、特に凹部を十分になくすことはできない。   In order to avoid this, it is considered that the inner wall of the flow path is chemically polished (etched) (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-82118) to reduce the depth of the recess and suppress the generation of bubbles (FIG. 4). However, this method cannot sufficiently eliminate uneven portions, particularly concave portions, at the initial stage of microchannel formation.

本実施形態のマイクロ流路構造体は、マイクロ流路内表面の凹部を少なくとも部分的に埋設した被膜が形成されたマイクロ流路を有することを特徴とする。前記被膜により凹部が埋設されており、気泡発生核となるマイクロ流路内表面の凹部がマイクロ流路内に導入された液体と接していないため、マイクロ流路内における気泡発生及び気泡成長によるマイクロ流路の詰まりを抑制することができる。
特に、本実施形態のマイクロ流路構造体は、前記接続部が、マイクロ流路を形成する管状部材の端部と管継手の片側との接続部である場合に、マイクロ流路内における気泡発生及び気泡成長によるマイクロ流路の詰まりを好ましく抑制することができる。
The microchannel structure of the present embodiment is characterized by having a microchannel with a coating formed by at least partially embedding a recess in the inner surface of the microchannel. Since the concave portion is embedded by the coating, and the concave portion on the inner surface of the microchannel serving as a bubble generation nucleus is not in contact with the liquid introduced into the microchannel, the microparticles generated by bubble generation and bubble growth in the microchannel Blockage of the flow path can be suppressed.
In particular, in the microchannel structure according to the present embodiment, when the connection portion is a connection portion between the end of the tubular member forming the microchannel and one side of the pipe joint, bubbles are generated in the microchannel. In addition, clogging of the microchannel due to bubble growth can be preferably suppressed.

次に被膜について説明する。
前記被膜はマイクロ流路内表面の凹部を少なくとも部分的に埋設しており、マイクロ流路内表面の全部を埋設していることが好ましい。すなわち、マイクロ流路を形成する部材がマイクロ流路内に露出していないことが好ましい。マイクロ流路内表面に形成された被膜の表面には気泡発生核となる凹部がないことが好ましい。以下に凹部について具体的に説明する。
Next, the film will be described.
It is preferable that the coating embeds at least partially the concave portion on the inner surface of the microchannel and embeds the entire inner surface of the microchannel. That is, it is preferable that the member forming the microchannel is not exposed in the microchannel. It is preferable that the surface of the coating formed on the inner surface of the microchannel does not have a recess that becomes a bubble generation nucleus. The recess will be specifically described below.

凹部の深さは、0.5μm以下であることが好ましく、0.3μm以下であることがより好ましく、0.1μm以下であることがさらに好ましい。ここで「凹部の深さ」とは部材表面から凹部の底までの深さを意味する。凹部の深さが上記の数値の範囲であると凹部は気泡発生核となりにくく、マイクロ流路の詰まりを抑制できる。   The depth of the recess is preferably 0.5 μm or less, more preferably 0.3 μm or less, and even more preferably 0.1 μm or less. Here, the “depth of the recess” means the depth from the surface of the member to the bottom of the recess. When the depth of the recess is within the above numerical range, the recess is less likely to be a bubble generation nucleus, and clogging of the microchannel can be suppressed.

凹部の幅は0.5μm以下であることが好ましく、0.3μm以下であることがより好ましく、0.1μm以下であることがさらに好ましい。ここで「凹部の幅」とは、凹部を円形形状と想定して求めた時の直径を意味する。
凹部の幅が100μm以上であると、気泡発生核になりにくく、気泡発生核として気泡を発生させた場合においても、気泡を捕獲して保持することがないため、効率的に気泡を排出でき、マイクロ流路の詰まりを抑制できる。
The width of the recess is preferably 0.5 μm or less, more preferably 0.3 μm or less, and further preferably 0.1 μm or less. Here, the “width of the concave portion” means a diameter when the concave portion is obtained assuming a circular shape.
When the width of the recess is 100 μm or more, it is difficult to become a bubble generation nucleus, and even when a bubble is generated as a bubble generation nucleus, it is not possible to capture and hold the bubble. Clogging of the microchannel can be suppressed.

0.5μm以上の凹部の数は触針走査法により測定し、単位測定距離あたり0〜10個/mmであることが好ましく、0〜3個/mmであることがより好ましい。上記の数値の範囲内であると、気泡発生を効率的に抑制できるため好ましい。   The number of recesses of 0.5 μm or more is measured by a stylus scanning method, and is preferably 0 to 10 pieces / mm, more preferably 0 to 3 pieces / mm per unit measurement distance. It is preferable for it to be within the above numerical value range because bubble generation can be efficiently suppressed.

前記被膜の厚みは1.0〜3.0μmであることが好ましい。
被膜が合成樹脂材料により形成されている場合には、その厚みは1.5〜2.5μmであることがより好ましく、1.8〜2.2μmであることがさらに好ましい。
被膜がめっき金属により形成されている場合には、その厚みは1.5〜2.5μmであることがより好ましく、1.8〜2.2μmであることがさらに好ましい。
被膜の厚みが上記の数値の範囲内であるとマイクロ流路内表面の凹部を十分に埋設することができ、マイクロ流路内における気泡発生を抑制できるため好ましい。
The thickness of the coating is preferably 1.0 to 3.0 μm.
When the film is formed of a synthetic resin material, the thickness is more preferably 1.5 to 2.5 μm, and further preferably 1.8 to 2.2 μm.
When the coating is formed of a plated metal, the thickness is more preferably 1.5 to 2.5 μm, and further preferably 1.8 to 2.2 μm.
It is preferable that the thickness of the coating is within the above numerical range because the concave portion on the inner surface of the microchannel can be sufficiently embedded, and the generation of bubbles in the microchannel can be suppressed.

マイクロ流路内表面の凹部を少なくとも部分的に埋設した被膜は、めっき金属及び/又は合成樹脂材料により形成された被膜であることが好ましい。めっき金属により形成された被膜としては、無電解めっき及び/又は電気めっきにより形成された被膜が挙げられる。合成樹脂材料により形成された被膜としては、電着又は蒸着重合法により形成された被膜が挙げられる。   The film in which the concave portion on the inner surface of the microchannel is at least partially embedded is preferably a film formed of a plating metal and / or a synthetic resin material. Examples of the coating formed by plating metal include a coating formed by electroless plating and / or electroplating. Examples of the film formed of a synthetic resin material include a film formed by electrodeposition or vapor deposition polymerization.

<電着>
マイクロ流路構造体は、マイクロ流路内表面が導電性である場合、前記合成樹脂材料により形成された被膜が、電着により形成された被膜であることが好ましい。
電着とは水系媒体に分散した樹脂等を含む電着液に、導電性の被塗物と対極となる電極とを浸漬し、この両極間に直流電流を流して電気化学反応で塗膜を析出させる被膜(塗膜)形成方法である。
電着液に含まれる樹脂としては、公知のものを用いることができ限定されるものではないが、耐熱性、電気絶縁性、耐摩耗性、耐薬品性に優れ、さらに機械的特性も優れていることから、ポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂が好ましく、ポリイミド樹脂であることがより好ましい。
<Electrodeposition>
In the microchannel structure, when the inner surface of the microchannel is conductive, the coating formed by the synthetic resin material is preferably a coating formed by electrodeposition.
Electrodeposition is a method in which a conductive material to be coated and a counter electrode are immersed in an electrodeposition liquid containing a resin dispersed in an aqueous medium, and a direct current is passed between both electrodes to form a coating film by an electrochemical reaction. This is a method for forming a coating (coating film) to be deposited.
As the resin contained in the electrodeposition liquid, known resins can be used and are not limited, but are excellent in heat resistance, electrical insulation, wear resistance, chemical resistance, and mechanical properties. Therefore, a polyimide resin or a polyamide resin is preferable, and a polyimide resin is more preferable.

電着による被膜形成方法として、(1)ポリイミド前駆体であるポリアミック酸を溶解した電着液を用いて電着した後、ポリアミック酸の電着膜を加熱して脱水イミド化し、ポリイミドの被膜を形成する方法、(2)ポリイミドを含む電着液を用いてポリイミドの被膜を形成する方法が挙げられる。上記(1)の方法は、ポリアミック酸が容易に分解するために電着液の保存安定性が悪く、また、イミド化するための加熱処理を必要とするが、(2)の方法に用いる電着液は保存安定性に優れ、加熱も必要としないことから本発明においては(2)の方法が好ましい。(2)に用いるポリイミド樹脂としては、例えば特開平9−104839号公報、特開2003−327907号公報等に記載されたポリイミド樹脂を用いることができるが、これらに限定されるものではない。   As a film formation method by electrodeposition, (1) after electrodeposition using an electrodeposition solution in which polyamic acid as a polyimide precursor is dissolved, the electrodeposition film of polyamic acid is heated to dehydrate and imidize to form a polyimide film. And (2) a method of forming a polyimide film using an electrodeposition solution containing polyimide. In the method (1), the polyamic acid is easily decomposed, so that the storage stability of the electrodeposition solution is poor and a heat treatment for imidization is required. In the present invention, the method (2) is preferable because the landing liquid is excellent in storage stability and does not require heating. As the polyimide resin used in (2), for example, polyimide resins described in JP-A-9-104839, JP-A-2003-327907 and the like can be used, but are not limited thereto.

電着液は、ポリイミド樹脂の固形分濃度が5〜10重量%であることが好ましい。
ポリイミド樹脂を溶解する水溶性極性溶媒としては、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルアセトアミド、スルホラン及びこれらの混合物等が挙げられる。
これらの水溶性極性溶媒は電着液全量に対して30〜60重量%の割合で配合することが好ましい。上記の数値の範囲内であると、ポリイミド樹脂が析出せず、平滑性に優れた被膜が得られる。
The electrodeposition liquid preferably has a polyimide resin solid content concentration of 5 to 10% by weight.
Examples of the water-soluble polar solvent that dissolves the polyimide resin include N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylacetamide, sulfolane, and mixtures thereof.
These water-soluble polar solvents are preferably blended in a proportion of 30 to 60% by weight with respect to the total amount of the electrodeposition solution. When it is within the range of the above numerical values, the polyimide resin does not precipitate, and a film having excellent smoothness can be obtained.

ポリイミド樹脂に水溶性及び/又は水分散性を付与するために、中和剤として電着液に塩基性含窒素化合物を配合することが好ましい。中和剤としてはトリエチルアミン、トリメチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、ピリジン、N−エチルピペリジン、N−メチルモルホリン、N,N−ジメチルアミノエタノール、トリエタノールアミン及びこれらの混合物等が挙げられる。中和剤はポリイミド樹脂100重量部あたり1〜200重量部を用いることが好ましい。上記の数値の範囲内であるとポリイミド樹脂を電着液に安定して分散又は溶解させることができる。   In order to impart water solubility and / or water dispersibility to the polyimide resin, it is preferable to add a basic nitrogen-containing compound to the electrodeposition liquid as a neutralizing agent. Examples of the neutralizing agent include triethylamine, trimethylamine, tripropylamine, tributylamine, pyridine, N-ethylpiperidine, N-methylmorpholine, N, N-dimethylaminoethanol, triethanolamine, and mixtures thereof. The neutralizing agent is preferably used in an amount of 1 to 200 parts by weight per 100 parts by weight of the polyimide resin. Within the above numerical range, the polyimide resin can be stably dispersed or dissolved in the electrodeposition solution.

本実施形態においては、電着液が上記の水溶性極性溶媒の他にポリイミド樹脂が可溶な油溶性溶剤を含むことが好ましい。油溶性溶剤とは実質的に水に不溶性か又は難溶性の有機溶剤を意味する。油溶性溶剤は、電着後の被塗物に析出したポリイミド樹脂のフロー性を高め、塗膜の平滑性を向上させる点で効果がある。油溶性溶剤としては1−アセトナフトン、アセトフェノン、ベンジルアセトン、メチルアセトフェノン、ジメチルアセトフェノン、プロピオフェノン、バレロフェノン、アニソール、安息香酸メチル、安息香酸ベンジル及びこれらの混合物が挙げられる。油溶性溶剤は電着液全量に対して10〜30重量%の割合で配合することが好ましい。   In the present embodiment, the electrodeposition liquid preferably contains an oil-soluble solvent in which the polyimide resin is soluble in addition to the water-soluble polar solvent. The oil-soluble solvent means an organic solvent that is substantially insoluble or hardly soluble in water. The oil-soluble solvent is effective in that it improves the flowability of the polyimide resin deposited on the article after electrodeposition and improves the smoothness of the coating film. Examples of the oil-soluble solvent include 1-acetonaphthone, acetophenone, benzylacetone, methylacetophenone, dimethylacetophenone, propiophenone, valerophenone, anisole, methyl benzoate, benzyl benzoate, and mixtures thereof. The oil-soluble solvent is preferably blended at a ratio of 10 to 30% by weight with respect to the total amount of the electrodeposition liquid.

ポリイミド分散剤としては、アルコール化合物、エステル化合物、ラクトン化合物、エーテル化合物、ケトン化合物、炭化水素化合物及びこれらの混合物が挙げられる。
具体的にはアルコール化合物としては、ベンジルアルコール、フルフリルアルコール、ジアセトンアルコール、メチルセルソルブ、シクロヘキシルアルコールが挙げられ、エステル化合物としては、安息香酸メチル、安息香酸イソブチル、安息香酸ブチルが挙げられ、ラクトン化合物としては、γ−ブチロラクトンが挙げられ、エーテル化合物としては、アニソール、テトラヒドロフラン、ジオキサンが挙げられ、ケトン化合物としては、シクロヘキサノン、ミヒラーケトン、ブタノンが挙げられ、炭化水素化合物としては、トルエン、キシレン、デカリンが挙げられる。
Examples of the polyimide dispersant include alcohol compounds, ester compounds, lactone compounds, ether compounds, ketone compounds, hydrocarbon compounds, and mixtures thereof.
Specifically, examples of the alcohol compound include benzyl alcohol, furfuryl alcohol, diacetone alcohol, methyl cellosolve, and cyclohexyl alcohol.Examples of the ester compound include methyl benzoate, isobutyl benzoate, and butyl benzoate. Examples of the lactone compound include γ-butyrolactone, examples of the ether compound include anisole, tetrahydrofuran, and dioxane. Examples of the ketone compound include cyclohexanone, Michler ketone, and butanone. Examples of the hydrocarbon compound include toluene, xylene, Decalin is mentioned.

<電着によるマイクロ流路構造体の製造方法>
本実施形態のマイクロ流路構造体の製造方法は、マイクロ流路を形成する少なくとも2つの部材により形成された少なくとも1つの接続部、及び、導電性の流路内表面を有するマイクロ流路内に電着液を充填する工程、並びに、前記マイクロ流路内表面に電着により被膜を形成して、マイクロ流路内表面の凹部を少なくとも部分的に埋設する工程を含むことを特徴とする。
<Method of manufacturing microchannel structure by electrodeposition>
The manufacturing method of the microchannel structure according to the present embodiment includes at least one connecting portion formed by at least two members forming the microchannel and a microchannel having a conductive channel inner surface. A step of filling an electrodeposition liquid, and a step of forming a film on the inner surface of the microchannel by electrodeposition to at least partially embed a concave portion on the inner surface of the microchannel.

以下に電着によるポリイミド樹脂の被膜の形成工程を例として、図5〜図7を参照することにより本発明のマイクロ流路構造体の製造方法を説明する。
図5に示すように、電着液供給口42、電極(導電性)41、及び、絶縁性のシール部材44を有する絶縁性の電着液供給流路40、並びに、図5に図示する2つのステンレス(SUS)製のマイクロ流路(流路内直径500μm)を有する管状部材(以下、単に「SUS管」11a、11bともいう。)の各端部を金属製の管継手12により接続した管状のマイクロ流路を有する部材(以下、単に「管状マイクロ流路部材」10ともいう。)を用意した。
The method for producing a microchannel structure of the present invention will be described below with reference to FIGS. 5 to 7 by taking as an example a process for forming a polyimide resin film by electrodeposition.
As shown in FIG. 5, an electrodeposition liquid supply port 42, an electrode (conductive) 41, an insulating electrodeposition liquid supply channel 40 having an insulating seal member 44, and 2 shown in FIG. End portions of tubular members (hereinafter also simply referred to as “SUS pipes” 11 a and 11 b) having two stainless steel (SUS) micro flow paths (diameter in the flow path of 500 μm) are connected by metal pipe joints 12. A member having a tubular microchannel (hereinafter also simply referred to as “tubular microchannel member” 10) was prepared.

前記電着液供給流路に管状マイクロ流路部材10を、図6に示すようにシール部材44により密閉して接続した。電着液51を電着液供給口42から供給し、マイクロ流路内に電着液51を充填した後、管状マイクロ流路部材を陽極(又は陰極)として、電源をマイクロ流路に接続し、一定電圧で電流を流した。
なお、前記一定電圧は10〜200Vであることが好ましく50〜150Vであることがより好ましい。電流を流す時間は0.5〜10分間が好ましく、0.5〜3分間であることがより好ましい。所定の厚みのポリイミド樹脂の被膜61を形成した時点又は電流値が一定値未満となった時点を電着の終点とすることが好ましい。
The tubular microchannel member 10 was sealed and connected to the electrodeposition liquid supply channel by a seal member 44 as shown in FIG. After supplying the electrodeposition liquid 51 from the electrodeposition liquid supply port 42 and filling the electrodeposition liquid 51 in the microchannel, the tubular microchannel member is used as the anode (or cathode), and the power source is connected to the microchannel. A current was passed at a constant voltage.
The constant voltage is preferably 10 to 200V, and more preferably 50 to 150V. The time for passing the current is preferably 0.5 to 10 minutes, and more preferably 0.5 to 3 minutes. It is preferable that the end point of electrodeposition is the time when the polyimide resin coating 61 having a predetermined thickness is formed or the current value becomes less than a certain value.

電流を流した結果、図7に示すようにポリイミド樹脂の被膜61が形成された。電源を管状マイクロ流路部材10から取り外し、管状マイクロ流路部材10のマイクロ流路内及び電着液供給流路40から電着液を除去した後、被膜61が形成された管状マイクロ流路部材10を電着液供給流路40から取り外した。
得られた被膜が形成された管状マイクロ流路部材10は、水洗、風乾の後、オーブンで加熱することによりポリイミド被膜の焼き付けを行うことが好ましい。焼き付け温度は、使用した溶剤に適した温度で行う。具体的には100〜300℃が好ましく、200〜300℃がより好ましい。焼き付け時間は5分間〜3時間が好ましく、10分間〜1時間がより好ましい。得られたマイクロ流路構造体70の例を図8に示す。
As a result of passing an electric current, a polyimide resin film 61 was formed as shown in FIG. After removing the power source from the tubular microchannel member 10 and removing the electrodeposition liquid from the inside of the microchannel of the tubular microchannel member 10 and the electrodeposition liquid supply channel 40, the tubular microchannel member on which the coating 61 is formed 10 was removed from the electrodeposition liquid supply channel 40.
The tubular microchannel member 10 on which the obtained coating film is formed is preferably baked with water and air-dried, and then heated in an oven to perform baking of the polyimide coating film. The baking temperature is a temperature suitable for the solvent used. Specifically, 100 to 300 ° C is preferable, and 200 to 300 ° C is more preferable. The baking time is preferably 5 minutes to 3 hours, more preferably 10 minutes to 1 hour. An example of the obtained microchannel structure 70 is shown in FIG.

<無電解めっき、電気めっき>
無電解めっき、電気めっきとしては、公知のものを用いることができ、限定されるものではないが、例えば、ニッケルめっき、銅めっき、コバルトめっき、金めっき、銀めっき及びパラジウムめっき等が挙げられる。2以上のめっき金属の層よりなる被膜を形成してもよく、その場合には耐薬品性に優れることから流路内最表面の層は金めっきであることが好ましい。
マイクロ流路を形成する材料が非導電性である場合には、無電解めっき等によりマイクロ流路内表面に導電性を付与した後に、電着や電気めっきにより被膜を形成する態様も好ましい。無電解めっきによりマイクロ流路内表面に導電性を付与する場合には、その厚みは0.05〜0.5μmが好ましく、0.1〜0.3μmがより好ましい。さらに、無電解めっきにより導電性を付与するのみでなくマイクロ流路内表面の凹部を埋設する被膜を形成してもよい。
<Electroless plating, electroplating>
As electroless plating and electroplating, known ones can be used and are not limited. Examples thereof include nickel plating, copper plating, cobalt plating, gold plating, silver plating, and palladium plating. A film composed of two or more plated metal layers may be formed. In that case, the outermost layer in the flow path is preferably gold-plated because of excellent chemical resistance.
In the case where the material forming the microchannel is non-conductive, an embodiment in which a film is formed by electrodeposition or electroplating after imparting conductivity to the inner surface of the microchannel by electroless plating or the like is also preferable. In the case of imparting conductivity to the inner surface of the microchannel by electroless plating, the thickness is preferably 0.05 to 0.5 μm, and more preferably 0.1 to 0.3 μm. Furthermore, a film may be formed that not only imparts conductivity by electroless plating but also embeds a recess in the inner surface of the microchannel.

<めっきによるマイクロ流路構造体の製造方法>
本実施形態のマイクロ流路構造体の製造方法は、マイクロ流路を形成する少なくとも2つの部材により形成された少なくとも1つの接続部、及び、導電性の流路内表面を有するマイクロ流路内にめっき液を充填する工程、並びに、前記マイクロ流路内表面にめっきにより被膜を形成して、マイクロ流路内表面の凹部を少なくとも部分的に埋設する工程を含むことを特徴とする。
以下にめっきによる被膜の形成工程を例として本発明のマイクロ流路構造体の製造方法を説明する。前記電着によるマイクロ流路構造体の製造方法と同様に、図5に示すように電気めっき液供給流路、並びに、管状マイクロ流路部材を用意し、前記電気めっき液供給流路に管状マイクロ流路部材とを、図6に示すようにシール部材により密閉して接続した。
電気めっき液を電気めっき液供給口から供給し、マイクロ流路内に電気めっき液を充填した後、管状マイクロ流路部材を陽極(又は陰極)として、電源をマイクロ流路に接続し、一定電流を流した。
なお、前記一定電流は0.005〜0.1A/cm2であることが好ましく0.01〜0.03A/cm2であることがより好ましい。電流を流す時間は0.5〜5時間が好ましく、1〜2時間であることがより好ましい。所定の厚みの被膜を形成した時点を電気めっきの終点とすることが好ましい。得られたマイクロ流路構造体80の例を図9に示す。
<Method of manufacturing microchannel structure by plating>
The manufacturing method of the microchannel structure according to the present embodiment includes at least one connecting portion formed by at least two members forming the microchannel and a microchannel having a conductive channel inner surface. The method includes a step of filling a plating solution, and a step of forming a film on the inner surface of the microchannel by plating to at least partially embed a recess in the inner surface of the microchannel.
Hereinafter, the method for producing a microchannel structure according to the present invention will be described with reference to an example of a film formation process by plating. Similar to the method of manufacturing the microchannel structure by electrodeposition, an electroplating solution supply channel and a tubular microchannel member are prepared as shown in FIG. 5, and a tubular microchannel member is provided in the electroplating solution supply channel. The flow path member was hermetically connected by a seal member as shown in FIG.
After supplying the electroplating solution from the electroplating solution supply port and filling the electroplating solution in the microchannel, the tubular microchannel member is used as the anode (or cathode), the power supply is connected to the microchannel, and the constant current Shed.
The constant current is preferably 0.005 to 0.1 A / cm 2 , and more preferably 0.01 to 0.03 A / cm 2 . The time for passing the current is preferably 0.5 to 5 hours, and more preferably 1 to 2 hours. It is preferable that the end point of electroplating is the time when a film having a predetermined thickness is formed. An example of the obtained microchannel structure 80 is shown in FIG.

<蒸着重合法>
蒸着重合法には公知の樹脂材料を用いることができ、限定されるものではないが、樹脂材料としては具体的には、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリ尿素又はポリウレタン樹脂等が挙げられる。中でも本発明においては耐熱性、電気絶縁性、耐摩耗性、耐薬品性に優れ、さらに機械的特性も優れていることから、ポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂を好ましく用いることができ、ポリイミド樹脂をより好ましく用いることができる。
<Vapor deposition polymerization method>
A known resin material can be used for the vapor deposition polymerization method, and it is not limited, but specific examples of the resin material include polyimide resin, polyamide resin, polyurea or polyurethane resin. Among them, in the present invention, it is excellent in heat resistance, electrical insulation, abrasion resistance, chemical resistance, and also has excellent mechanical properties. Therefore, polyimide resin or polyamide resin can be preferably used, and polyimide resin is more preferable. Can be used.

<蒸着重合法によるマイクロ流路構造体の製造方法>
蒸着重合法によりマイクロ流路内にポリイミド樹脂被膜を形成したマイクロ流路構造体を例に説明する。10-3Paの真空槽内において、無水ピロメリット酸を180℃で、4,4−ジアミノジフェニルエーテルを160℃で加熱して昇華させる。昇華したモノマーがマイクロ流路内表面に到達した後、アミノ基とカルボニル基とが反応してポリアミック酸膜を形成する。その後前記ポリアミック酸膜を200〜300℃で加熱することで脱水反応が起こり、ポリイミド膜となる。得られたマイクロ流路構造体90を図10に示す。
<Method for producing microchannel structure by vapor deposition polymerization method>
A microchannel structure in which a polyimide resin film is formed in a microchannel by vapor deposition polymerization will be described as an example. In a vacuum chamber of 10 −3 Pa, pyromellitic anhydride is heated at 180 ° C. and 4,4-diaminodiphenyl ether is heated at 160 ° C. for sublimation. After the sublimated monomer reaches the inner surface of the microchannel, the amino group and the carbonyl group react to form a polyamic acid film. Thereafter, the polyamic acid film is heated at 200 to 300 ° C. to cause a dehydration reaction to form a polyimide film. The obtained microchannel structure 90 is shown in FIG.

マイクロ流路内表面に形成された被膜は、めっき金属及び/又は合成樹脂材料により形成された被膜であることが好ましく、中でも電着により形成された合成樹脂材料の被膜であることが好ましい。電着は電着液の粘度が低くマイクロ流路内への充填が容易であることや、得られた被膜の平滑性に優れ、マイクロ流路内の細部にわたって凹部を埋設することができるため好ましい。   The coating formed on the inner surface of the microchannel is preferably a coating formed of a plated metal and / or a synthetic resin material, and more preferably a coating of a synthetic resin material formed by electrodeposition. Electrodeposition is preferable because the viscosity of the electrodeposition liquid is low and filling into the microchannel is easy, the smoothness of the obtained coating film is excellent, and recesses can be embedded over the details in the microchannel. .

<マイクロリアクター>
マイクロ流路構造体は、マイクロリアクターの部品として好適に用いることができる。前記マイクロリアクターのマイクロ流路は、本実施形態のマイクロ流路構造体によりその一部又は全部を形成されていることが好ましい。マイクロリアクターの大きさは、使用目的に応じ適宜設定することができるが、1〜100cm2の範囲が好ましく、10〜40cm2の範囲がより好ましい。また、マイクロリアクターの厚さは、2〜30mmの範囲が好ましく、3〜15mmの範囲がより好ましい。
<Microreactor>
The microchannel structure can be suitably used as a microreactor part. The microreactor of the microreactor is preferably partially or entirely formed by the microchannel structure of the present embodiment. The size of the microreactor can be set appropriately according to the intended use, preferably in the range of 1 to 100 cm 2, the range of 10 to 40 cm 2 is more preferable. The thickness of the microreactor is preferably in the range of 2 to 30 mm, more preferably in the range of 3 to 15 mm.

本実施形態のマイクロリアクターは、その用途に応じて、反応、混合、分離、精製、分析、洗浄等の機能を有する部位を有していてもよい。
本実施形態のマイクロリアクターは、必要に応じて、例えば、マイクロリアクターに流体を導入するための流体導入口や、マイクロリアクターから流体を回収するための流体排出口などを設けてもよい。
また、本実施形態のマイクロリアクターは、その用途に応じて、複数を組合わせたり、反応、混合、分離、精製、分析等の機能を有する装置や、送液装置、回収装置、他のマイクロリアクター等を組み合わせ、マイクロ化学システムを好適に構築することができる。
The microreactor of the present embodiment may have a site having functions such as reaction, mixing, separation, purification, analysis, and washing depending on its application.
The microreactor of this embodiment may be provided with, for example, a fluid introduction port for introducing a fluid into the microreactor and a fluid discharge port for recovering the fluid from the microreactor as necessary.
In addition, the microreactor of the present embodiment is a combination of a plurality of devices, a device having functions such as reaction, mixing, separation, purification, and analysis, a liquid feeding device, a recovery device, and other microreactors according to the application. Etc. can be combined to suitably construct a microchemical system.

以下、本実施形態を実施例で詳しく説明するが、本実施形態を何ら限定するものではない。   Hereinafter, the present embodiment will be described in detail by way of examples, but the present embodiment is not limited in any way.

(実施例1)
実施例1のマイクロ流路構造体を前記図5〜図7に図示した工程に従って作製した。図5に示す、電着液供給口、電極、絶縁性のシール部材を有する電着液供給流路に、金属製の継ぎ手及びステンレス(SUS)管により形成されたマイクロ流路(流路内直径500μm)を、図6に示すようにシール部材により密閉して接続した。電着液を電着液供給口から供給し、マイクロ流路内に電着液を充填した後、電源をマイクロ流路に接続した。電圧50Vで、1分間通電した結果、図7に示すように、厚み2.0μmのポリイミド樹脂の被膜が形成された。電源をマイクロ流路から取りはずし、マイクロ流路内及び電着液供給流路から電着液を除去した後、被膜が形成されたマイクロ流路を電着液供給流路から取り外し、300℃で30分間加熱して、ポリイミド被膜の焼き付けを行った。得られたポリイミド樹脂の被膜の厚みは2μmであった。図8に示すようなマイクロ流路構造体70が得られた。
(Example 1)
The microchannel structure of Example 1 was produced according to the steps illustrated in FIGS. A micro-channel (diameter in the channel) formed by a metal joint and a stainless steel (SUS) pipe in the electrodeposition solution supply channel having an electrodeposition solution supply port, an electrode, and an insulating seal member shown in FIG. 500 μm) was hermetically connected by a sealing member as shown in FIG. After supplying the electrodeposition liquid from the electrodeposition liquid supply port and filling the electrodeposition liquid in the microchannel, the power source was connected to the microchannel. As a result of energizing for 1 minute at a voltage of 50 V, a polyimide resin film having a thickness of 2.0 μm was formed as shown in FIG. After removing the power source from the micro flow channel and removing the electrodeposition liquid from the micro flow channel and from the electrodeposition liquid supply flow channel, the micro flow channel with the coating formed is removed from the electrodeposition liquid supply flow channel, and 30 ° C. at 30 ° C. The polyimide coating was baked by heating for a minute. The resulting polyimide resin film had a thickness of 2 μm. A microchannel structure 70 as shown in FIG. 8 was obtained.

<被膜の表面形状の測定>
実施例1で得られたマイクロ流路構造体のマイクロ流路内表面に形成された被膜の表面形状を表面形状測定器テンコールP10(Tencor社製)により測定した。測定結果を図11に示す。
測定の結果、ポリイミド被膜表面には、深さ0.5μm以上の凹部が測定距離1mmあたり0個観察された。同様にして深さ0.3μm以上の凹部、0.1μm以上の凹部についても計測した。結果を表1に示す。
<Measurement of surface shape of film>
The surface shape of the coating formed on the inner surface of the microchannel of the microchannel structure obtained in Example 1 was measured with a surface profile measuring instrument Tencor P10 (manufactured by Tencor). The measurement results are shown in FIG.
As a result of the measurement, 0 concave portions having a depth of 0.5 μm or more were observed per 1 mm of the measurement distance on the polyimide coating surface. In the same manner, the measurement was performed for a recess having a depth of 0.3 μm or more and a recess having a depth of 0.1 μm or more. The results are shown in Table 1.

<連続送液試験>
実施例1のマイクロ流路構造体を50℃に保持し、20℃で酸素を飽和させて保存しておいた純水をシリンジポンプにて流速(5ml/h)で導入した。72時間送液し続けたが、気泡発生によるマイクロ流路の詰まりを生じることなく送液し続けることができた。
<Continuous liquid feeding test>
The microchannel structure of Example 1 was maintained at 50 ° C., and pure water stored by saturating oxygen at 20 ° C. was introduced at a flow rate (5 ml / h) with a syringe pump. Although liquid feeding continued for 72 hours, liquid feeding could be continued without causing clogging of the microchannel due to generation of bubbles.

(実施例2)
図9は、金めっきにてマイクロ流路内表面の凹部を埋設したマイクロ流路構造体80の例である。得られた金めっきの厚みは2.0μmであった。
被膜の表面形状の測定結果、連続送液試験結果を、図12及び表1に示す。未処理の場合(図14)に比べて流路内表面の凹凸は緩和されているが実施例1の電着と比較すると十分ではない。
(Example 2)
FIG. 9 shows an example of a microchannel structure 80 in which a concave portion on the inner surface of the microchannel is embedded by gold plating. The thickness of the obtained gold plating was 2.0 μm.
The measurement results of the surface shape of the coating and the results of the continuous liquid feeding test are shown in FIG. The unevenness on the inner surface of the flow path is relaxed compared to the case of untreated (FIG. 14), but it is not sufficient as compared with the electrodeposition of Example 1.

(実施例3)
図10は蒸着重合法にてポリイミドの被膜を流路内表面に形成して凹凸を埋設した例である。10-3Paの真空槽内に無水ピロメリト酸を180℃で、4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを160℃で加熱して昇華させた。蒸発したモノマーが、マイクロ流路に到達した後、アミノ基とカルボニル基とが反応してポリアミック酸膜が形成され、該ポリアミック酸膜がマイクロ流路内表面において250℃で加熱されることで脱水反応が起こり、ポリイミドの被膜が形成された。得られた被膜の厚みは2.0μmであった。
表面粗さ測定結果、連続送液試験結果を図13及び表1に示す。
未処理の場合(図14)に比べて、マイクロ流路の詰まりは緩和されているが、被膜の平坦さは十分ではない。また本方法では細いマイクロ流路管の奥深くまで成膜することは困難であった。
(Example 3)
FIG. 10 shows an example in which unevenness is buried by forming a polyimide coating on the inner surface of the flow path by vapor deposition polymerization. In a vacuum chamber of 10 −3 Pa, pyromellitic anhydride was sublimated by heating at 180 ° C. and 4,4′-diaminodiphenyl ether at 160 ° C. After the evaporated monomer reaches the microchannel, the amino group and the carbonyl group react to form a polyamic acid film, which is dehydrated by heating at 250 ° C. on the inner surface of the microchannel. Reaction occurred and a polyimide film was formed. The thickness of the obtained film was 2.0 μm.
The surface roughness measurement results and the continuous liquid feeding test results are shown in FIG.
Although the clogging of the microchannel is alleviated as compared with the case where it is not treated (FIG. 14), the flatness of the coating is not sufficient. Moreover, it was difficult to form a film deep in a thin microchannel tube by this method.

(比較例1)
マイクロ流路内表面に被膜を形成しなかった以外は、実施例1と同様にしてマイクロ流路を作製した(図1)。表面粗さ測定結果、連続送液試験結果を図14及び表1に示す。
(Comparative Example 1)
A microchannel was prepared in the same manner as in Example 1 except that no film was formed on the inner surface of the microchannel (FIG. 1). The surface roughness measurement results and the continuous liquid feeding test results are shown in FIG.

Figure 2009090248
Figure 2009090248

従来のマイクロ流路構造体の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the conventional microchannel structure. 板状の部材を接続等して積層体を形成することによりマイクロ流路を形成した一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example which formed the microchannel by connecting a plate-shaped member etc. and forming a laminated body. 気泡発生によるマイクロ流路の詰まりを示す概略図である。It is the schematic which shows clogging of the microchannel by bubble generation | occurrence | production. 従来の表面処理後のマイクロ流路構造体の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the microchannel structure after the conventional surface treatment. 本実施形態のマイクロ流路構造体の製造方法であって、電着により被膜を形成する工程の1つを示す概略図である。It is a manufacturing method of the micro channel structure of this embodiment, and is a schematic diagram showing one of the processes of forming a coat by electrodeposition. 本実施形態のマイクロ流路構造体の製造方法であって、電着により被膜を形成する工程の1つを示す概略図である。It is a manufacturing method of the micro channel structure of this embodiment, and is a schematic diagram showing one of the processes of forming a coat by electrodeposition. 本実施形態のマイクロ流路構造体の製造方法であって、電着により被膜を形成する工程の1つを示す概略図である。It is a manufacturing method of the micro channel structure of this embodiment, and is a schematic diagram showing one of the processes of forming a coat by electrodeposition. 本実施形態のマイクロ流路構造体であって、被膜を電着により形成した一例を示す概略図である。It is the microchannel structure of this embodiment, Comprising: It is the schematic which shows an example which formed the film by electrodeposition. 本実施形態のマイクロ流路構造体であって、被膜を金めっきにより形成した一例を示す概略図である。It is the microchannel structure of this embodiment, Comprising: It is the schematic which shows an example which formed the film by gold plating. 本実施形態のマイクロ流路構造体であって、被膜を蒸着重合法により形成した一例を示す概略図である。It is the microchannel structure of this embodiment, Comprising: It is the schematic which shows an example which formed the film by the vapor deposition polymerization method. 本実施形態のマイクロ流路構造体であって、電着により形成した被膜の表面形状を測定した結果を示す概略図である。It is the microchannel structure of this embodiment, Comprising: It is the schematic which shows the result of having measured the surface shape of the film formed by electrodeposition. 本実施形態のマイクロ流路構造体であって、金めっきにより形成した被膜の表面形状を測定した結果を示す概略図である。It is the microchannel structure of this embodiment, Comprising: It is the schematic which shows the result of having measured the surface shape of the film formed by gold plating. 本実施形態のマイクロ流路構造体であって、蒸着重合法により形成した被膜の表面形状を測定した結果を示す概略図である。It is the microchannel structure of this embodiment, Comprising: It is the schematic which shows the result of having measured the surface shape of the film formed by the vapor deposition polymerization method. 従来のマイクロ流路構造体のマイクロ流路内表面の表面形状を測定した結果を示す概略図である。It is the schematic which shows the result of having measured the surface shape of the microchannel inner surface of the conventional microchannel structure.

符号の説明Explanation of symbols

10:管状マイクロ流路部材
11a、11b:SUS管
12:管継手
13:気泡
14:液体
20:マイクロ流路
30、50、60、70、80、90:マイクロ流路構造体
40:電着液供給流路
41:電極(導電性)
42:電着液供給口
44:絶縁性のシール部材
51:電着液
61:ポリイミド樹脂の被膜
71:電着により形成された被膜
81:金めっきにより形成された被膜
91:蒸着重合法により形成された被膜
10: Tubular microchannel member 11a, 11b: SUS tube 12: Pipe joint 13: Bubble 14: Liquid 20: Microchannel 30, 50, 60, 70, 80, 90: Microchannel structure 40: Electrodeposition solution Supply channel 41: Electrode (conductive)
42: Electrodeposition liquid supply port 44: Insulating seal member 51: Electrodeposition liquid 61: Polyimide resin film 71: Film formed by electrodeposition 81: Film formed by gold plating 91: Formed by vapor deposition polymerization method Coated film

Claims (10)

マイクロ流路を形成する少なくとも2つの部材により形成された少なくとも1つの接続部を有し、
マイクロ流路内表面の凹部を少なくとも部分的に埋設した被膜が形成されたマイクロ流路を有することを特徴とする
マイクロ流路構造体。
Having at least one connection formed by at least two members forming a microchannel;
A microchannel structure having a microchannel in which a coating film in which a concave portion on the inner surface of the microchannel is at least partially embedded is formed.
前記接続部が、マイクロ流路を形成する管状部材の端部と管継手の片側との接続部である請求項1に記載のマイクロ流路構造体。   The microchannel structure according to claim 1, wherein the connection portion is a connection portion between an end portion of a tubular member forming the microchannel and one side of a pipe joint. 前記被膜表面の凹部の深さが0.5μm以下である請求項1又は2に記載のマイクロ流路構造体。   The microchannel structure according to claim 1 or 2, wherein the depth of the concave portion on the surface of the coating is 0.5 µm or less. 前記被膜の厚みが1.0〜3.0μmである請求項1〜3いずれか1つに記載のマイクロ流路構造体。   The thickness of the said film is 1.0-3.0 micrometers, The microchannel structure as described in any one of Claims 1-3. 前記マイクロ流路の内径が200〜5,000μmである請求項1〜4いずれか1つに記載のマイクロ流路構造体。   The microchannel structure according to any one of claims 1 to 4, wherein an inner diameter of the microchannel is 200 to 5,000 µm. 前記被膜がめっき金属及び/又は合成樹脂材料により形成された被膜である請求項1〜5いずれか1つに記載のマイクロ流路構造体。   The microchannel structure according to any one of claims 1 to 5, wherein the coating is a coating formed of a plated metal and / or a synthetic resin material. マイクロ流路内表面が導電性であり、前記合成樹脂材料により形成された被膜が、電着により形成された被膜である請求項6に記載のマイクロ流路構造体。   The microchannel structure according to claim 6, wherein an inner surface of the microchannel is conductive, and the coating formed of the synthetic resin material is a coating formed by electrodeposition. 前記電着により形成された被膜が、ポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂により形成された被膜である請求項7に記載のマイクロ流路構造体。   The microchannel structure according to claim 7, wherein the film formed by electrodeposition is a film formed of a polyimide resin or a polyamide resin. マイクロ流路を形成する少なくとも2つの部材により形成された少なくとも1つの接続部、及び、導電性の流路内表面を有するマイクロ流路内にめっき液又は電着液を充填する工程、並びに、
前記マイクロ流路内表面にめっき又は電着により被膜を形成して、マイクロ流路内表面の凹部を少なくとも部分的に埋設する工程を含むことを特徴とする
マイクロ流路構造体の製造方法。
Filling at least one connection part formed by at least two members forming the microchannel, and a microchannel having a conductive channel inner surface with a plating solution or an electrodeposition solution; and
A method of manufacturing a microchannel structure, comprising: forming a film on the inner surface of the microchannel by plating or electrodeposition, and at least partially embedding a recess in the inner surface of the microchannel.
請求項1〜8のいずれか1つに記載のマイクロ流路構造体が、マイクロ流路の一部又は全部を形成することを特徴とする
マイクロリアクター。
A microreactor, wherein the microchannel structure according to any one of claims 1 to 8 forms part or all of a microchannel.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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