JP2009220068A - 流体構造体及び流体構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】分配及び混合を繰り返す流路において、他の部位に比べて乱流が発生しやすい凹部に触媒を担持し、触媒反応の効率を向上することができる流体構造体及び流体構造体の製造方法を提供することにある。
【解決手段】流体構造体２００は、所定の数の流入孔１００Ａ，１００Ｂを一方の面に形成し、その流入孔１００Ａ，１００Ｂに連通する混合部１０１，１０２を他方の面に形成した第１の流路プレート１０Ａと、流入孔１００Ａ，１００Ｂとは異なる位置に所定の数より少ない数であって、混合部１０１，１０２に連通する流入孔１００Ｃを一方の面に形成し、流入孔１００Ｃに連通する混合部１０２を他方の面に形成した第２の流路プレート１０Ｂと、第１乃至第２の流路プレート１０Ａ，１０Ｂのうち少なくとも３つ又の混合部１０１、４つ又の混合部１０２の壁面に形成された触媒担持層１０５とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体構造体及び流体構造体の製造方法に関する。

従来、流路の曲がり部に触媒を固定化させたマイクロデバイスが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

このマイクロデバイスは、複数種類の反応流体同士を混合又は反応させるために、例えば、等価直径が１ｍｍ以下の微細な流路を備え、その流路のうちの曲がり部の内壁面にその反応に関与する触媒が固定化されている。これにより、流路内を流れる反応流体同士の混合又は反応が、その内壁面に固定された触媒の作用により効率よく行われる。
特開２００７−２６８４９０号公報

本発明の目的は、分配及び混合を繰り返す流路において、他の部位に比べて乱流が発生しやすい凹部に触媒を担持し、触媒反応の効率を向上することができる流体構造体及び流体構造体の製造方法を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の流体構造体及び流体構造体の製造方法を提供する。

［１］所定の数の第１の入口を一方の面に形成し、前記所定の数の第１の入口に連通する第１の凹部を他方の面に形成した第１の板部材と、前記第１の入口とは異なる位置に前記所定の数より少ない数であって、前記第１の凹部に連通する第２の入口を一方の面に形成し、前記第２の入口に連通する第２の凹部を他方の面に形成した第２の板部材と、前記第１及び第２の板部材のうち少なくとも前記第１及び第２の凹部の壁面に形成された触媒担持部とを備えた流路構造体。

［２］さらに、前記触媒担持部に担持された触媒を備えた前記［１］に記載の流路構造体。

［３］前記第１及び第２の板部材は、清浄化された接合面同士を直接接触して接合された複数の薄膜からなる前記［１］に記載の流路構造体。

［４］さらに、前記第１及び第２の板部材の内部を流れる流体の温度を調節する温度調節部を備えた前記［１］に記載の流路構造体。

［５］ドナー基板上に、第１の板部材を構成する所定の数の第１の入口、及び前記所定の数の第１の入口に連通する第１の凹部と、第２の板部材を構成する前記第１の入口とは異なる位置に前記所定の数より少ない数であって前記第１の凹部に連通する第２の入口、及び前記第２の入口に連通する第２の凹部との断面にそれぞれ対応する複数の薄膜パターンを準備し、ターゲット基板側と前記複数の薄膜パターンとの接合面を清浄化し、前記ターゲット基板側と前記ドナー基板上の前記複数の薄膜パターンとの接離動作を繰り返すことにより、前記接合面同士を直接接触させて、前記ターゲット基板側に前記複数の薄膜パターンを順次転写して積層状態で接合させて、前記第１の入口及び前記第１の凹部に対応する前記複数の薄膜パターンからなる前記第１の板部材と、前記第２の入口及び前記第２の凹部に対応する前記複数の薄膜パターンからなる前記第２の板部材とを形成し、前記第１及び第２の板部材のうち少なくとも前記第１及び第２の凹部の壁面に陽極酸化法により触媒担持部を形成し、前記触媒担持部に電解析出法により触媒を担持させ、前記第１の凹部と前記第２の入口とが連通するように前記第１及び第２の板部材を組み付けた流路構造体の製造方法。

請求項１に係る流路構造体によれば、分配及び混合を繰り返す流路において、他の部位に比べて乱流が発生しやすい凹部に触媒を担持し、触媒反応の効率を向上することができる。

請求項２に係る流路構造体によれば、触媒担持部に担持した触媒により、板部材の内部を流れる流体に対して触媒反応を起こすことができる。

請求項３に係る流路構造体によれば、板部材を形成する工程を簡素化することができる。

請求項４に係る流路構造体によれば、板部材の内部を流れる流体を混合又は反応に適した温度に制御することができる。

請求項５に係る流路構造体の製造方法によれば、分配及び混合を繰り返す流路において、他の部位に比べて乱流が発生しやすい凹部に触媒を担持した流路構造体を簡易に製造することができる。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロ流体装置の一例を示す斜視図である。このマイクロ流体装置１は、２種類の原料液Ｘ，Ｙが注入され、それら原料液Ｘ，Ｙが混合又は反応して生成された生成液Ｚを排出する上段部２と、上段部２の下に設けられた中段部３と、中段部３の下に設けられた下段部４とから構成されている。

上段部２は、例えば、面２ａ〜２ｆからなる直方体形状を有し、面２ａから面２ｂに貫通して設けられ、２種類の原料液Ｘ，Ｙが注入される２つの導入口２０Ａ，２０Ｂと、同様に面２ａから面２ｂに貫通して設けられ、生成液Ｚを排出する排出口２１とを備える。

中段部３は、例えば、面３ａ〜３ｆからなる直方体形状を有し、面３ａから面３ｂに貫通して設けられたはめ込み部３０を備える。

はめ込み部３０には、第１乃至第６の流路プレート（板部材）１０Ａ〜１０Ｆが積層された状態ではめ込まれる。本実施の形態では、流路プレートの積層枚数は６枚であるが、５枚以下又は７枚以上でもよい。なお、マイクロ流体装置１は、中段部３を備えない構成にして、上段部２と下段部４とにより複数の流路プレートを挟み込む構造にしてもよい。また、第１乃至第６の流路プレート１０Ａ〜１０Ｆは、流路構造体２００を構成する。

下段部４は、例えば、面４ａ〜４ｆからなる直方体形状を有し、面４ａに２つの溝４０Ａ，４０Ｂを備える。

溝４０Ａ，４０Ｂは、例えば、三角形状をそれぞれ有し、面４ａに対して所定の深さを有する側面４ｇ及び底面４ｈからなる。溝４０Ａ，４０Ｂは、中段部３の中段流路を介して原料液Ｘ，Ｙが流入する流入位置４００と、その流入位置４００から流入された原料液Ｘ，Ｙを第１の流路プレート１０Ａに設けられた後述の複数の注入孔にそれぞれ流出する流出位置４０１とを備える。

図２は、第１乃至第６の流路プレート１０Ａ〜１０Ｆの一例を示す斜視図である。第１乃至第６の流路プレート１０Ａ〜１０Ｆの各々は、上面１０ａ及び下面１０ｂを備える平板状形状を有し、その上面１０ａ及び下面１０ｂの外形は、例えば、一辺１０ｍｍの正方形である。

流路プレート１０Ａ〜１０Ｆの材料としては、例えば、ＡｌＣｕ、Ａｌ，Ｎｉ、Ｃｕ等の金属や、セラミックス、Ｓｉ、誘電体等の非金属等を用いることができる。本実施の形態では、ＡｌＣｕを用い、そのＡｌＣｕの表面上に、後述の触媒担持層が、例えば、陽極酸化法により形成されている。

流路プレート１０Ａ〜１０Ｆは、上段部２に設けられた２つの導入口２０Ａ，２０Ｂに対応する位置に設けられ、上面１０ａから下面１０ｂに貫通する２つの貫通孔１００Ａ，１００Ｂと、３つ又の混合部１０１及び４つ又の混合部１０２のうち少なくともいずれかの混合部とを備える。

貫通孔１００Ａ，１００Ｂは、その直径が、例えば、１ｍｍであり、第１乃至第６の流路プレート１０Ａ〜１０Ｆが積層されることにより複数の貫通孔１００Ａ，１００Ｂが結合されて、上段部２から送られる原料液Ｘ，Ｙが流れる２つの中段流路を構成する。

３つ又の混合部１０１及び４つ又の混合部１０２は、第１乃至第６の流路プレート１０Ａ〜１０Ｆの上面１０ａ側の中央付近に１列に形成された凹部である。

第１乃至第６の流路プレート１０Ａ〜１０Ｆにおいて混合部１０１，１０２が設けられている数はそれぞれ異なる。例えば、第１乃至第６の流路プレート１０Ａ〜１０Ｆに対して下から段数を割り振ったものとして説明すると、奇数段の流路プレート１０Ａ，１０Ｃ，１０Ｅには、３つ又の混合部１０１が両端に形成されており、その中で最上段に位置する第５の流路プレート１０Ｅには、４つ又の混合部１０２が形成されていないが、第３の流路プレート１０Ｃには１つ、第１の流路プレート１０Ｅには２つというように、その間に形成された４つ又の混合部１０２の数は、下段になるほど１つずつ増えている。また、偶数段の流路プレート１０Ｂ，１０Ｅ，１０Ｆには、４つ又の混合部１０２だけが形成されており、その数は、最上段に位置する第６の流路プレート１０Ｆの１つを基準として、下段になるほど１つずつ増えている。

図３は、第１の流路プレートの詳細を例示する図である。図３（ａ）は、第１の流路プレートの上面図、図３（ｂ）は、第１の流路プレートの下面図である。第１の流路プレート１０Ａは、図３（ａ）に例示するように、上面１０ａ側に上述の３つ又の混合部１０１と４つ又の混合部１０２とが形成されている。

第１の流路プレート１０Ａは、図３（ｂ）に例示するように、下面１０ｂ側に複数の注入孔（入口）１０４Ａ，１０４Ｂが形成されている。

注入孔１０４Ａ，１０４Ｂは、例えば、その断面が直径１０μｍの円形を有し、下面１０ｂ側に２列に配列されている。注入孔１０４Ａ，１０４Ｂの合計数は、８つであり、１組の注入孔１０４Ａ，１０４Ｂは、３つ又の混合部１０１及び４つ又の混合部１０２に対応する位置に形成され、３つ又の混合部１０１及び４つ又の混合部１０２に連通する。

注入孔１０４Ａには、下段部の溝４０Ａから原料液Ｘが注入され、注入孔１０４Ｂには、下段部の溝４０Ｂから原料液Ｙが注入される。そして、３つ又の混合部１０１及び４つ又の混合部１０２の各々には、２つの注入孔１０４Ａ，１０４Ｂを介して原料液Ｘ，Ｙが注入される。

図４（ａ）は、第２の流路プレートの上面図、図４（ｂ）は、第２の流路プレートの下面図である。第２の流路プレート１０Ｂは、図４（ａ）に例示するように、上面１０ａ側に上述の４つ又の混合部１０２を有し、図４（ｂ）に例示するように、下面１０ｂ側に１列に配列された複数の注入孔１０４Ｃが形成されている。

注入孔１０４Ｃの合計数は、６つであり、第１の流路プレート１０Ａに形成されている注入孔１０４Ａ，１０４Ｂの合計数より少ない数である。

また、注入孔１０４Ｃは、第１の流路プレート１０Ａに形成された注入孔１０４Ａ，１０４Ｂとは異なる位置であって、第１の流路プレート１０Ａに形成された３つ又の混合部１０１及び４つ又の混合部１０２に対応する位置にそれぞれ形成され、自己の４つ又の混合部１０２に連通する。

２つの注入孔１０４Ｃには、第１の流路プレート１０Ａにおいて原料液Ｘ，Ｙが混合された混合液がそれぞれ注入され、４つ又の混合部１０２の各々には、その２つの注入孔１０４Ｃを介してその混合液が注入される。

図５（ａ）は、４つ又の混合部１０２の拡大図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。この４つ又の混合部１０２は、側壁面１０２ａと、下壁面１０２ｂと、上壁面（図示せず）とからなり、その中央に柱１０３を備える。なお、上壁面は、第２の流路プレート１０Ｂの下面１０ｂにより構成されている。

側壁面１０２ａ、下壁面１０２ｂ、上壁面及び注入孔１０４Ａ，１０４Ｂの内壁面には、触媒担持層が形成されている。また、側壁面１０２ａの高さは、特に限定されないが、１０μｍ〜１００μｍが好ましく、１０μｍ〜５０μｍがさらに好ましい。

柱１０３は、その直径が、例えば、１００μｍの円柱であり、触媒担持層が形成された柱壁面１０３ａを有する。柱１０３は、注入孔１０４Ａ，１０４Ｂを介して４つ又の混合部１０２に注入された原料液Ｘ，Ｙをそれぞれ２方向に分配する。

図５（ｃ）は、第１の流路プレート１０Ａが有する４つ又の混合部１０２における流体の流れを示す図である。この４つ又の混合部１０２において、注入孔１０４Ａ，１０４Ｂを介して原料液Ｘ，Ｙが注入されると、原料液Ｘ，Ｙは、それぞれ柱１０３により２方向に分配され、その分配された原料液Ｘ，Ｙが混合又は反応された状態で第２の流路プレート１０Ｂが有する２つの注入孔１０４Ｃに排出される。なお、側壁面１０２ａ、柱壁面１０３ａの形状は、ディーン渦が発生するような曲線形状が好ましい。

図６（ａ）は、側壁面１０２ａの拡大図である。側壁面１０２ａには、その表面に触媒担持層１０５が形成されている。また、下壁面１０２ｂ、上壁面、柱壁面１０３ａ及び注入孔１０４Ａ，１０４Ｂの内壁面にも、同様の触媒担持層１０５が形成されている。

図６（ｂ）は、触媒担持層１０５に触媒が担持された状態を示す図である。触媒担持層１０５は、多孔質体のポーラスアルミナ１０５ａとノンポーラスアルミナ１０５ｂとからなる。ポーラスアルミナ１０５ａの表面には、厚さ方向に垂直な方向に複数の細孔１０５ｃが形成されている。その細孔１０５ｃには、触媒１０６が担持されている。したがって、流路プレート１０Ａ〜１０Ｆの材料として、陽極酸化が可能な材料が好ましい。

触媒担持層１０５の細孔１０５ｃは、例えば、１０〜１００ｎｍの径を有する。触媒１０６には、電解析出による白金、パラジウム等を用いることができる。

（製造方法）
次に、本発明の実施の形態に係るマイクロ流体装置の製造方法について説明する。

（１）断面パターンの形成
まず、図７（ａ）に例示するように、ドナー基板１１上に離型層１２を形成し、離型層１２上に、第１乃至第６の流路プレート１０Ａ〜１０Ｆを形成する素材としてＡｌＣｕ膜１３を着膜する。

ドナー基板１１には、例えば、Ｓｉウェハ、石英基板、ガラス基板等を用いることができる。本実施の形態では、Ｓｉウェハを用いる。

離型層１２は、例えば、ポリイミド、フッ化ポリイミド、酸化シリコン等の公知の材料を用いることができる。本実施の形態では、ポリイミドを用いる。なお、ドナー基板の熱酸化処理を行って形成される熱酸化膜を用いてもよい。離型層１２のドナー基板１１上への形成は、スパッタリング法、分子線ビームエピタキシャル法、化学気相堆積法、真空蒸着法、スピン塗布法等の一般的な薄膜形成方法を用いることができる。

ＡｌＣｕ膜１３の着膜方法としては、例えば、電子ビーム加熱蒸着法、抵抗加熱蒸着法、スパッタリング法、化学蒸着法等の真空蒸着法、スピンコート法等を用いることができる。本実施の形態では、スパッタリング法によりＡｌＣｕ膜１３を１０μｍ着膜する。

次に、ＡｌＣｕ膜１３をパターニングすることにより、図７（ｂ１），（ｂ２）に例示するように、３つの混合部パターン１４Ａと３つの注入孔パターン１４Ｂとを形成する。この混合部パターン１４Ａは、上面１０ａ側に設けられた複数の混合部１０１，１０２及び貫通孔１００Ａ，１００Ｂの断面形状に対応し、注入孔パターン１４Ｂは、下面１０ｂ側に設けられた複数の注入孔１０４Ａ，１０４Ｂ及び貫通孔１００Ａ，１００Ｂの断面形状に対応する。

パターニングとしては、例えば、リソグラフィー法、集束イオンビーム（ＦＩＢ）法、電子ビーム直接描画法等を用いることができるが、高い平面形状精度が得られ、量産性が高い点で、リソグラフィー法が好ましい。本実施の形態では、リソグラフィー法によりＡｌＣｕ膜１３をエッチング除去する。

なお、エッチングには、化学薬品を用いて被加工物を溶かし込むウエットエッチングや、イオンを利用して被加工物を気化して取り除くドライエッチング等を用いることができる。本実施の形態では、ドライエッチングを用いる。

（２）複数の断面パターンの接合
混合部パターン１４Ａ及び注入孔パターン１４Ｂが形成されたドナー基板１１を図示しない真空槽内の下部ステージ（図示せず）に配置し、ターゲット基板１５を上部ステージ（図示せず）に配置する。

下部ステージは、ｘ方向、ｙ方向、θ（ｚ軸周り）方向に移動可能となっており、上部ステージは、ｚ方向に移動可能となっている。次に、真空槽内を排気し、高真空状態あるいは超真空状態にする。

図８（ａ）〜（ｃ）は、流路プレートの接合工程を示す断面図である。まず、図８（ａ）に例示するように、下部ステージを移動させてターゲット基板１５をドナー基板１１の混合部パターン１４Ａ上に位置決めし、ターゲット基板１５の表面、及びドナー基板１１の表面、すなわち混合部パターン１４Ａの表面をＦＡＢ(Fast Atom Beam)処理により清浄化する。ＦＡＢ処理とは、例えば、アルゴン、クリプトン、キセノン等の不活性ガスを高電圧で加速して接合面に照射し、接合面の酸化膜、不純物等を除去する処理をいう。本実施の形態では、不活性ガスとしてアルゴンを用いる。

次に、図８（ｂ）に例示するように、上部ステージを移動させてターゲット基板１５を降下させ、ターゲット基板１５と混合部パターン１４Ａとを荷重を加えて圧接して常温接合する。次に、図８（ｃ）に例示するように、上部ステージを移動させてターゲット基板１５を上昇させて、混合部パターン１４Ａをターゲット基板１５に転写させる。

ここで、「常温接合」とは、上記のＦＡＢによって清浄化された接合面同士を常温雰囲気で接触させ、原子同士を直接結合させる接合方法をいい，表面活性化接合ともいう。常温接合（表面活性化接合）の他に、清浄化された接合面同士が拡散を生じない程度の温度（例えば、１００℃程度）で加熱して接合してもよい。

そして、同様の接離動作を繰り返して、ターゲット基板１５に３つの混合部パターン１４Ａと、３つの注入孔パターン１４Ｂとを順次接合することにより、図８（ｄ）に例示するように、３つの混合部パターン１４Ａが接合された下に３つの注入孔パターン１４Ｂが接合された第１の流路プレート１０Ａが形成される。

なお、第２乃至第６の流路プレート１０Ｂ〜１０Ｆは、ドナー基板１１上のパターン形状を変えることにより、上記と同様の方法で形成することができる。この際、図２の第２乃至第６の流路プレート１０Ｂ〜１０Ｆの上面１０ａ側の形状に対応するように、混合部パターンをそれぞれ形成した場合には、注入孔パターン１４Ｂを第２乃至第６の流路プレート１０Ｂ〜１０Ｆの形成に利用してもよい。その逆に、注入孔の数を変更した注入孔パターンをそれぞれ形成した場合には、混合部パターン１４Ａを第２乃至第６の流路プレート１０Ｂ〜１０Ｆの形成に利用してもよい。

（３）触媒の担持
図９（ａ）は、流路プレートに触媒担持層を形成する形成工程を説明する図である。上記のようにして形成した各流路プレート１０Ａ〜１０Ｆの表面を陽極酸化法により酸化させて、触媒担持層を形成する。すなわち、図９（ａ）に例示するように、電解液１６内に流路プレート１０を配置し、その流路プレート１０を陽極として酸化電圧Ｖ_Ｏを印加する。

陽極酸化を行う条件としては、例えば、電解液１６として１．５Ｗｔ％のシュウ酸を用い、摂氏２５度、酸化電圧Ｖ_Ｏ（５０Ｖ）で６０分間行う。なお、電解液は、シュウ酸の他に、硫酸、リン酸等を用いることができる。また、給電点は、流路プレート１０のどこでもよい。

そして、流路プレート１０の表面に、陽極酸化によるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなり、厚さ方向に多数の細孔１０５ｃを有する触媒担持層（陽極酸化膜）１０５が形成される。なお、触媒担持層１０５を形成する際に、流路プレート１０の特定部位にマスキング等を行った状態で上記の陽極酸化を行うことにより、その特定部位を除く部位にだけ触媒担持層１０５を形成するようにしてもよい。例えば、流路プレート１０の面１０ａ，１０ｂにマスキング等を行った状態で陽極酸化を行うことにより、触媒担持部１０５は、３つ又の混合部１０１、４つ又の混合部１０２及び注入孔１０４Ａ，１０４Ｂの内壁面にだけ形成される。

図９（ｂ）は、触媒担持層に触媒を担持する担持工程を説明する図である。上記のようにして触媒担持層１０５が形成された流路プレート１０に対して、電解析出法により触媒１０６を担持する。すなわち、図９（ｂ）に例示するように、メッキ液１７内にその流路プレート１０を配置し、その流路プレート１０を陰極として酸化電圧Ｖ_Ｅを印加する。これにより、触媒担持層１０５の細孔１０５ｃに触媒１０６が析出されて、流路プレート１０に触媒１０６が担持される。

電解析出を行う条件としては、例えば、メッキ液１７として塩化白金酸溶液を用い、摂氏２５度、酸化電圧Ｖ_Ｅ（６Ｖ）で１分間行う。なお、陽極酸化の場合と同様に、流路プレート１０の特定部位にマスキング等を行った状態で電解析出を行うようにしてもよい。

（４）マイクロ流体装置の組み付け
上記のようにして形成された第１乃至第６の流路プレート１０Ａ〜１０Ｆを、積層順や向きを考慮して中段部３に設けられたはめ込み部３０にはめ込み、さらに中段部３を上段部２及び下段部４により挟むように組み付けることにより、マイクロ流体装置１を製造することができる。

（マイクロ流体装置の動作）
次に、本実施の形態に係るマイクロ流体装置１の動作について説明する。まず、上段部２に設けられた２つの導入口２０Ａ，２０Ｂから第１及び第２の原料液Ｘ，Ｙをそれぞれ注入すると、その原料液Ｘ，Ｙは、上段部２を通過して、中段部３に流入する。

次に、中段部３に流入した第１及び第２の原料液Ｘ，Ｙは、中段流路をそれぞれ流れ、下段部４に流入する。

そして、第１及び第２の原料液Ｘ，Ｙは、下段部４に設けられた溝４０Ａ，４０Ｂを介して、第１の流路プレート１０の下面１０ｂ側に形成された複数の注入孔１０４Ａ，１０４Ｂにそれぞれ注入される。

次に、複数の注入孔１０４Ａから注入された原料液Ｘは、各注入孔１０４Ａに連通する上面１０ａ側の３つ又の混合部１０１及び４つ又の混合部１０２に流れ、同様に、複数の注入孔１０４Ｂから注入された原料液Ｙは、各注入孔１０４Ｂに連通する３つ又の混合部１０１及び４つ又の混合部１０２に流れる。

そして、３つ又の混合部１０１及び４つ又の混合部１０２において、原料液Ｘ，Ｙは２方向にそれぞれ分配され、その分配された原料液Ｘ，Ｙが混合されることにより、それぞれの界面で反応が行われる。この反応は、流路プレート１０の各壁面に担持された触媒１０６によって促進される。

その結果得られた混合液は、３つ又の混合部１０１及び４つ又の混合部１０２に対応する位置に形成されている第２の流路プレート１０Ｂの下面１０ｂ側の流入孔１０４Ｃに注入される。そして、混合液は、第２の流路プレート１０Ｂの４つ又の混合部１０２に流れ、さらに第３の流路プレート１０Ｃの注入孔１０４Ａ，１０４Ｂに注入される。

このようにして、第１乃至第６の流路プレート１０Ａ〜１０Ｆにおいて分配及び混合を繰り返し行うことにより生成された生成液Ｚが、第６の流路プレート１０Ｆから流れ、上段部２に設けられた排出口２１から排出される。

次に、本発明の実施例１について説明する。この実施例１では、鈴木−宮浦カップリング反応によりビフェニルを生成する際に、本実施の形態に係るマイクロ流体装置１を用いた。なお、流路プレートの積層枚数は１０枚とした。

反応条件として、一方の導入口２０Ａから０．１ｍｏｌ／Ｌの４−ブロモベンゾニトリルの含水ＴＨＦ（テトラヒドロフラン）溶液を１０μＬ／ｓｅｃで注入し、他方の導入口２０Ｂから０．１ｍｏｌ／Ｌの４−フェニルボロン酸の含水ＴＨＦ溶液を１０μＬ／ｓｅｃで連続で注入した。

その結果、従来のＹ型又はＴ型の流路構造体を有するマイクロ流体装置では、６０％程度の収率で反応性生物であるビフェニルが得られた。

一方、本実施例に係るマイクロ流体装置１では、６５〜７０％以上の収率でビフェニルが得られた。また、その際の反応時間は、従来のＹ型又はＴ型のマイクロ流体装置と比較して、１／１０程度であった。

［第２の実施の形態］
図１０は、本発明の第２の実施の形態に係るマイクロ流体装置の一例を示す斜視図である。このマイクロ流体装置１は、第１の実施の形態と同様に、上段部２、中段部３及び下段部４と、中段部３の内部にはめ込んだ複数の流路プレートからなる流路構造体とを備え、さらにその流路構造体の内部を流れる原料液Ｘ，Ｙの温度を所定の範囲内の温度に調整する温度調整部５を設けたものである。

温度調整部５としては、例えば、加熱用のヒータ、冷却用のクーラを用いることができる。本実施の形態では、ヒータを用いるものとする。なお、温度調整部５は、中段部３を介して温度調整を行ってもよいし、中段部３又は下段部４に内蔵されたものでもよい。

次に、本発明の実施例２について説明する。この実施例２では、水素添加反応によりシクロドデセンを生成する際に、本実施の形態に係るマイクロ流体装置１を用いた。

温度調整部５により各流路プレートを摂氏１００度に温度調整した状態で、一方の導入口２０Ａからシクロドデカトリエンを分圧０．１１ｋＰａで注入し、他方の導入口２０Ｂから水素を分圧０．３３ｋＰａで注入した結果、反応生成物であるシクロドデセンが変換率９８％、収率９０％で得られた。

［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲内で種々に変形実施が可能である。例えば、上記各実施の形態では、流路プレートに形成される注入孔１０４Ａ〜１０４Ｃの断面形状は円形であるが、多角形でもよいし、これらに限られない。

また、流路プレートに形成された４つ又の混合部１０２は、自己の２つの注入孔と、他の流路プレートの２つの注入孔とを接続するものであるが、接続する注入孔の数を変更してもよく、その場合には、その接続された注入孔の数に応じて形状を変更してもよい。

また、上記各実施の形態では、それぞれ独立した複数の流路プレートを積層して流路構造体を構成したが、複数の流路プレート間を常温接合により接合して、複数の流路プレートを一体化した構造体として製作してもよい。これにより、流路構造体の耐圧性を向上することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロ流体装置の一例を示す斜視図である。 図２は、第１乃至第６の流路プレートの一例を示す分解斜視図である。 図３（ａ）は、第１の流路プレートの上面図、図３（ｂ）は、第１の流路プレートの下面図である。 図４（ａ）は、第２の流路プレートの上面図、図４（ｂ）は、第２の流路プレートの下面図である。 図５（ａ）は、４つ又の混合部の拡大図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、図５（ｃ）は、４つ又の混合部における流体の流れを示す図である。 図６（ａ）は、側壁面の拡大図であり、図６（ｂ）は、触媒担持層に触媒が担持された状態を示す図である。 図７（ａ）は、混合部パターン及び注入孔の製作工程を示す断面図であり、図７（ｂ１）及び（ｂ２）は、ドナー基板上に形成された混合部パターン及び注入孔パターンを示す断面図及び平面図である。 図８（ａ）〜（ｃ）は、流路プレートの接合工程を示す断面図、図８（ｄ）は、接合工程により製作された流路プレートを示す断面図である。 図９（ａ）は、流路プレートに触媒担持層を形成する形成工程を説明する図であり、図９（ｂ）は、触媒担持層に触媒を担持する担持工程を説明する図である。 図１０は、本発明の第２の実施の形態に係るマイクロ流体装置の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１…マイクロ流体装置、２…上段部、２ａ〜２ｆ…面、３…中段部、３ａ〜３ｆ…面、４…下段部、４ａ〜４ｆ…面、４ｇ…側面、４ｈ…底面、５…温度調整部、１０，１０Ａ〜１０Ｆ…流路プレート、１０ａ…上面、１０ｂ…下面、１１…ドナー基板、１２…離型層、１３…ＡｌＣｕ膜、１４Ａ…混合部パターン、１４Ｂ…注入孔パターン、１５…ターゲット基板、１６…電解液、１７…メッキ液、２０Ａ，２０Ｂ…導入口、２１…排出口、３０…はめ込み部、４０Ａ，４０Ｂ…溝、１００Ａ，１００Ｂ…貫通孔、１０１…３つ又の混合部、１０２…４つ又の混合部、１０２ａ…側壁面、１０２ｂ…下壁面、１０３…柱、１０３ａ…柱壁面、１０４Ａ〜１０４Ｃ…注入孔、１０５…触媒担持層、１０５ａ…ポーラスアルミナ、１０５ｂ…ノンポーラスアルミナ、１０５ｃ…細孔、１０６…触媒、２００…流路構造体、４００…流入位置、４０１…流出位置

Claims (5)

1. 所定の数の第１の入口を一方の面に形成し、前記所定の数の第１の入口に連通する第１の凹部を他方の面に形成した第１の板部材と、
   前記第１の入口とは異なる位置に前記所定の数より少ない数であって、前記第１の凹部に連通する第２の入口を一方の面に形成し、前記第２の入口に連通する第２の凹部を他方の面に形成した第２の板部材と、
   前記第１及び第２の板部材のうち少なくとも前記第１及び第２の凹部の壁面に形成された触媒担持部とを備えた流路構造体。
2. さらに、前記触媒担持部に担持された触媒を備えた請求項１に記載の流路構造体。
3. 前記第１及び第２の板部材は、清浄化された接合面同士を直接接触して接合された複数の薄膜からなる請求項１に記載の流路構造体。
4. さらに、前記第１及び第２の板部材の内部を流れる流体の温度を調節する温度調節部を備えた請求項１に記載の流路構造体。
5. ドナー基板上に、第１の板部材を構成する所定の数の第１の入口、及び前記所定の数の第１の入口に連通する第１の凹部と、第２の板部材を構成する前記第１の入口とは異なる位置に前記所定の数より少ない数であって前記第１の凹部に連通する第２の入口、及び前記第２の入口に連通する第２の凹部との断面にそれぞれ対応する複数の薄膜パターンを準備し、
   ターゲット基板側と前記複数の薄膜パターンとの接合面を清浄化し、
   前記ターゲット基板側と前記ドナー基板上の前記複数の薄膜パターンとの接離動作を繰り返すことにより、前記接合面同士を直接接触させて、前記ターゲット基板側に前記複数の薄膜パターンを順次転写して積層状態で接合させて、前記第１の入口及び前記第１の凹部に対応する前記複数の薄膜パターンからなる前記第１の板部材と、前記第２の入口及び前記第２の凹部に対応する前記複数の薄膜パターンからなる前記第２の板部材とを形成し、
   前記第１及び第２の板部材のうち少なくとも前記第１及び第２の凹部の壁面に陽極酸化法により触媒担持部を形成し、
   前記触媒担持部に電解析出法により触媒を担持させ、
   前記第１の凹部と前記第２の入口とが連通するように前記第１及び第２の板部材を組み付けた流路構造体の製造方法。

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