JP2010188265A - Droplet atomizing device - Google Patents

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Nagahiro Tsukada
修大 塚田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device that atomizes a droplet produced using a micro fluid chip. <P>SOLUTION: The droplet atomizing device includes a droplet producing section that produces a first droplet 1 by a shearing force from two kinds of liquids that are never mutually mixed that flow in the micro channel of a micro fluid chip and a droplet dividing section that produces second droplets 1011, 1012 by applying voltage to at least a pair of driving electrodes 401, 402 formed on an internal wall in the downstream section of the channel to divide the droplet. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、マイクロ流体チップを用いた液滴生成技術に関する。 The present invention relates to a droplet generation technique using a microfluidic chip.

近年、微小液滴を生成する技術として、マイクロ流体チップを用いた技術が提唱されている。 Recently, as a technique for generating fine droplets, techniques using microfluidic chip has been proposed. マイクロ流体チップとは、幅および深さが数十から数百μmの微小な流路を持ち、その流路に液体を供給させることで様々な液体操作を行うデバイスである。 Microfluidic chip and will have hundreds μm fine flow path from tens width and depth, a device for performing various liquid handling be to supply the liquid to the flow path. この微小流路内に、互いに混じり合わない2種類の液体を供給し、それに伴うせん断力によってどちらか一方の液体をせん断して液滴を生成することができる(特許文献1、特許文献2)。 This microchannel can supply two kinds of liquid immiscible with each other, to produce droplets by shear either one liquid by shear forces associated therewith (Patent Documents 1 and 2) . 生成される液滴の大きさは、流路幅に対しておおよそ0.5〜2倍である。 The size of the droplets produced is approximately 0.5 to 2 times the flow channel width. 液体をせん断する流れは安定した層流であるため、生成液滴の径分布が非常に小さくなることが特徴である。 Since the flow to shear the liquid is stable laminar flow, is characterized in that distribution of the generated droplets is very small.

一方、液体を操作する技術として、エレクトロウェッティングが知られている。 On the other hand, as a technique for operating a liquid, electrowetting is known. エレクトロウェッティングとは、電極上にある液体に対して電極との間に電位差を与えることで、液体の電極に対する見かけの接触角が変化する現象である(非特許文献1)。 Electro The wetting, by applying a potential difference between the electrodes with respect to the liquid present on the electrodes, a phenomenon in which the apparent contact angle with respect to the electrodes of the liquid is changed (Non-Patent Document 1). この現象を利用し、液滴を生成する技術が報告されている(特許文献3、非特許文献2)。 Utilizing this phenomenon, a technique for generating a droplet has been reported (Patent Document 3, Non-Patent Document 2).

特開2004-81924号公報 JP 2004-81924 JP 特開2004-98225号公報 JP 2004-98225 JP 特表2006-500596号公報 JP-T 2006-500596 JP

特許文献1、特許文献2のようなマイクロ流体チップを用いた液滴生成技術では、生成可能な液滴のサイズには下限があるという課題がある。 Patent Document 1, the droplet generation technique using a microfluidic chip as described in Patent Document 2, there is a problem that there is a lower limit to the size of the product can drop. 小さい液滴を生成するには、それに応じた小さい流路幅が必要である。 To generate small droplets requires a small flow path width accordingly. 流路幅dは、流路の圧力損失△P、流路長さl、μは液体粘度、Qは流量とすると、以下の式で表すことができる。 The channel width d, the pressure loss of the flow path △ P, the flow path length l, mu is fluid viscosity, Q is when the flow can be expressed by the following equation.
△P = 128μlQ / πd 4 (1) △ P = 128μlQ / πd 4 ( 1)

流路の圧力損失△Pは、マイクロ流体チップの耐圧、もしくは送液ポンプの最高圧力より小さくなければならない。 Pressure loss △ P of the channel must be less than the maximum pressure of the microfluidic chip of the pressure or liquid feed pump. 例えば、マイクロ流体チップの送液に用いられるシリンジポンプの最高圧力損失△Pを0.5Mpaとする場合、最も小さい液滴を生成できる条件として、液体粘度μを1mPa・s、流路長さlを200μm、流量Qを1×10 -11 m 3 /sとすると、流路幅dは11μmとなる。 For example, when the maximum pressure loss △ P of the syringe pump used to feed liquid microfluidic chip and 0.5Mpa, the condition that can produce the smallest droplets, the liquid viscosity mu 1 mPa · s, the flow path length l 200 [mu] m, when the flow rate Q and 1 × 10 -11 m 3 / s , the channel width d becomes 11 [mu] m. したがって、この場合には流路幅の0.5倍である5.5μmよりも小さい液滴を生成することはできない。 Thus, it is not possible to generate small droplets than this case is 0.5 times the flow path width is in 5.5 [mu] m.

一方、特許文献3、非特許文献2に記載のエレクトロウェッティングを用いた液適生成方法では、液滴を分裂させることができるため微小液滴を生成するのに適しているものの、単位時間当たりの液滴生成数が少ないという課題がある。 On the other hand, Patent Document 3, the Ekiteki generating method using the electrowetting described in Non-Patent Document 2, although suitable for producing microdroplets since it is possible to divide the droplets per unit time there is a problem that the number the droplet generation is small. この方法では、0.1mmオーダーの間隔を持つ2枚の基板間に液溜りから液滴を注入し、エレクトロウェッティングによって基板に対して水平な方向に電極1ピッチ0.5mm引き伸ばして分裂させ、微小な液滴を生成する。 In this way, liquid droplets injected from the liquid reservoir between the two substrates with a spacing of 0.1mm order to divide by extending the electrode 1 pitch 0.5mm in a horizontal direction to the substrate by electrowetting, minute to generate the droplets. つまり、電極電圧のスイッチング制御によって液滴を帯電させ、静電力で移動・分裂させる。 That is, a droplet is charged by the switching control of the electrode voltage, moving-division by an electrostatic force. このとき、基板間隔に対する電極ピッチの比はおおよそ0.2よりも小さい必要がある。 In this case, the ratio of the electrode pitch to the substrate spacing must be smaller than approximately 0.2. 電極に電圧を印加してから液滴が分裂するのに要する時間は、液滴粘性による抵抗等を考えると液滴移動速度は高々30mm/sであるため、電極1ピッチ分移動するのに少なくとも17ms必要である。 At least the time required from application of voltage to the electrodes to the droplets to divide, since drop moving speed given the resistance or the like by the droplet viscosity is at most 30 mm / s, to move the electrode 1 pitch 17ms is required. したがって、単位時間当たりの液滴生成数は毎秒60個程度であり、上記マイクロ流体チップを用いた液滴生成方法に比べて十分な量を供給することはできない。 Thus, drop generators per unit time is 60 per second or so, it is impossible to supply a sufficient amount in comparison to the droplet generating method using the microfluidic chip.

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、より微小な液滴を生成するものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, it is to produce a more fine droplets. また、エレクトロウェッティングによる分裂液滴生成速度を、せん断力によって生成した液滴の生成速度と同期した数百Hzオーダーまで追従可能とするものである。 Moreover, in which the fission droplet generation rate by electrowetting, and can follow up to several hundred Hz order in synchronization with the production rate of the droplets produced by shearing force.

上記課題を解決するために、本発明は、マイクロ流体チップの微小流路内のせん断力によって生成した液滴を、流路内部の流れ場を利用して下流へ移動させ、その流路の下流における流れ場の中で、エレクトロウェッティングによって流路壁面に対して垂直に分裂させる。 In order to solve the above problems, the present invention provides a microfluidic chip of the droplets produced by the shear force of the microfluidic channel, is moved downstream by utilizing the flow path inside the flow field downstream of the flow path in the flow field at, disrupting perpendicular to the flow path wall by electrowetting.

すなわち、本発明の液滴微粒化装置は、マイクロ流体チップの微小流路内を流れる互いに混じり合わない2種類の液体からせん断力によって第一の液滴を生成する液滴生成部と、前記流路下流部の内壁に形成された少なくとも一対の駆動電極に電圧を印加し前記液滴を分裂させることで第二の液滴を生成する液滴分裂部と、を有することを特徴とする。 That is, the droplet atomization device of the present invention, a droplet generator for generating a first droplet by shear force from two liquids immiscible with each other through the fine flow path of the microfluidic chip, the flow the droplet splitting unit for generating a second droplet by at least voltage to the pair of drive electrodes formed on the inner wall of the road downstream portion applied disrupting the droplet, and having a.

また、本発明の液滴微粒化装置は、マイクロ流体チップの微小流路内を流れる互いに混じり合わない2種類の液体からせん断力によって第一の液滴を生成する液滴生成部と、前記流路下流部の内壁に形成された少なくとも3つの電極をスイッチング制御によって電圧変化させ前記液滴を分裂させることで第二の液滴を生成する液滴分裂部と、を有することを特徴とする。 In the droplet atomization device of the present invention, a droplet generator for generating a first droplet by shear force from two liquids immiscible with each other through the fine flow path of the microfluidic chip, the flow the droplet splitting unit for generating a second droplet by causing at least three electrodes formed on the inner wall of the road downstream portion is a voltage change by the switching control disrupting the droplet, and having a.

本発明によれば、液滴分裂に必要な流路幅は液滴と同程度であるため、流路の圧力損失を大きくすることなく、より微小な液滴を生成することができる。 According to the present invention, since the flow path width required for droplet division of the same order as droplets, without increasing the pressure loss of the flow path, it is possible to generate a more fine droplets.
また、分裂後の液滴径の分布は、分裂前の液滴径の分布とほぼ等しくなる。 Further, the distribution of the droplet size after division, approximately equal to the distribution of the droplet size before division.

さらに、エレクトロウェッティングによる壁面に垂直方向の液滴分裂は、数百Hzオーダーまで追従可能である。 Furthermore, droplet break in the direction perpendicular to the wall surface by electrowetting may be followed up to several hundred Hz orders. したがって、せん断力によって生成した液滴の生成速度に同期して液滴を分裂することが可能であり、単位時間当たりの液滴生成数は従来と同程度となる。 Therefore, it is possible to divide the droplets in synchronism with the rate of formation of the droplets generated by the shear forces, the droplets generated per unit time is conventional level.

本発明の基本構成と動作原理 The basic configuration and operation principles of the present invention 流路幅を拡大して液滴を分裂させる方法 Method for splitting a droplet to expand the channel width 流路幅を連続的に拡大して液滴を分裂させる方法 Method for splitting a droplet to expand the channel width continuously 液滴を流路に対して斜め方向に分裂させる方法 How to split diagonally droplets to the flow path 分裂後の液滴接触角を制御する方法 Method of controlling a droplet contact angle of postmitotic 流路内の電極配置 Electrode arrangement in the channel 分裂後の液滴接触角を制御する方法 Method of controlling a droplet contact angle of postmitotic 流路内の電極配置 Electrode arrangement in the channel 分裂後の液滴径の調整方法 Method of adjusting the droplet size after divisions 本発明を用いた液適微粒化装置全体 Whole Ekiteki atomization device using the present invention

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, with reference to the accompanying drawings embodiments of the present invention will be described. ただし、本実施形態は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに留意すべきである。 However, this embodiment is only an example for implementing the present invention, it should be noted that it is not intended to limit the scope of the present invention. また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。 Also it has been given the same reference numbers are used for common components in each figure.

(装置全体の構成) (Configuration of the entire apparatus)
図10は、本発明の液滴生成部および液滴分裂部を有する液滴微粒化装置全体の概略構成図である。 Figure 10 is a schematic diagram of the entire droplet atomizer having a droplet generator and droplet splitting unit of the present invention.

本発明の液滴微粒化装置は、液滴の原料となる液体22とその媒体2、液体22と媒体2を送液するための送液ポンプ20、21とその制御装置26、液滴22と媒体2を輸送するための配管18、19、液滴を生成、微粒化するためのマイクロ流体チップ17、マイクロ流体チップを制御するための電源9とその配線801、802、生成された液滴を輸送するための配管24とそれを回収するための回収容器25、を備えている。 Droplet atomization device of the present invention includes a liquid 22 which is a raw material of the droplet that medium 2, a liquid feed pump 20, 21 for sending a liquid 22 and the medium 2 a control unit 26, a droplet 22 piping 18, 19 for transporting the medium 2, generating a droplet, the micro-fluidic chip 17 for the atomization of a power source 9 for controlling the microfluidic chip that wires 801 and 802, the generated droplets and a collection container 25, for collecting it and piping 24 for transporting.

また、マイクロ流体チップ17は、液体22と媒体2から液滴を生成する液滴生成部304、生成された液滴と媒体が流れる流路3、流路3の下流部で液滴を分裂させるための液滴分裂部305、を備えている。 The micro-fluidic chip 17, the droplet generator 304 for generating droplets from a liquid 22 and the medium 2, the flow path 3 through which the generated droplets and the medium, disrupting the droplet downstream portion of the flow path 3 and a droplet break portion 305, for.

(装置の動作) (Operation of the device)
上述のような構成を有する液滴微粒化装置では、はじめに、液体22と媒体2から液滴が生成される。 A droplet atomization device having the above-described configuration, first, the liquid droplets from the liquid 22 and the medium 2 are generated. 流路3を内部に形成したマイクロ流体チップ17は、配管18、19によって送液ポンプ20、21に接続される。 Microfluidic chip 17 forming the flow path 3 therein is connected to the liquid feed pump 20, 21 by pipes 18, 19. ポンプ20、21は液滴の原料である液体22と、媒体2をそれぞれ送液する。 Pump 20 and 21 with a liquid 22 which is a raw material of a droplet, feeding a medium 2, respectively. マイクロ流体チップ17内に送液された液体22と媒体2から、流路3の液滴生成部304において液体のせん断力によって液滴が生成される。 From the liquid 22 and the medium 2 which is fed to the microfluidic chip 17, the liquid droplets by the shearing force of the liquid in the droplet generating unit 304 of the channel 3 is produced.

次に、その下流の液滴分裂部305においてエレクトロウェッティングによって液滴が分裂される。 Next, the droplets by electrowetting A droplet break portion 305 of downstream is split. 生成された液滴を含む媒体2は、配管24を通して回収容器25に貯蔵される。 Medium 2 containing the generated droplets is stored in a collection container 25 through the pipe 24. 送液ポンプ20、21と電源9は、制御装置26によって流れの速度と電圧の大きさを同期して制御される。 Liquid feed pump 20, 21 and the power source 9 is controlled in synchronization with the magnitude of the flow velocity and the voltage by the control device 26.

このように、マイクロ流体チップの微小流路内のせん断力によって生成した液滴を、その流路の下流における流れ場の中で、エレクトロウェッティングによって流路壁面に対して垂直に分裂させることで、より微小な液滴を生成することができる。 Thus, the droplets produced by the shear force of the microchannel of the microfluidic chip, in the flow field downstream of the flow path, by dividing perpendicular to the flow path wall by electrowetting , it is possible to generate more fine droplets. また、同一流路の層流中でせん断作業と分裂作業とを行うことで、エレクトロウェッティングによる分裂液滴生成速度を、せん断力によって生成した液滴の生成速度と同期した数百Hzオーダーまで追従可能とすることが可能となる。 Further, the flow channel is a laminar flow to perform the shearing operations and division operations, the division droplet generation rate due to electrowetting, up to several hundred Hz order in synchronization with the production rate of the droplets produced by shearing force it becomes possible to allow follow-up.

以下、上記効果を有しつつ、さらにエレクトロウェッティングを利用した本発明特有の液滴分裂部について詳細に説明する。 Hereinafter, while having the above effect, present invention will be described in more detail specific droplet break unit utilizing electrowetting.
(液滴分裂のための基本構成と動作原理) (Basic configuration and operation principle for the droplet division)
図1を用いて、本発明におけるエレクトロウェッティングによる液滴分裂の基本構造と動作原理を説明する。 With reference to FIG. 1, illustrating the basic structure and operation principle of the droplet break by electrowetting in the present invention. 液滴1と液滴周囲の媒体2が、流路の外部に接続された送液ポンプによって流路3の内部を流される。 Droplet 1 and the droplet surrounding medium 2 is flowed inside the flow path 3 by the externally connected feeding pump flow path. 液滴1は流路3の内壁に接している。 Droplet 1 is in contact with the inner wall of the channel 3. 流路3の向かい合う2つの内壁701、702の表面上には駆動電極401、402が、さらにその上に撥水性を有する絶縁膜501、502が形成されている。 Drive electrodes 401 and 402 on the surfaces of the two inner walls 701, 702 facing the flow path 3 is formed an insulating film 501 and 502 with further water repellency thereon. 絶縁膜501、502が撥水性を有しない場合は、それらは図1中には示していない撥水膜6で覆われている。 When the insulating film 501 and 502 does not have a water-repellent, they are covered with water-repellent film 6 which is not shown in FIG. 駆動電極401、402は、配線801、802によって電源9に接続され、制御回路26が時間により電圧を切り替える。 Drive electrodes 401 and 402 is connected to a power source 9 by wires 801 and 802, it switches the voltage by the control circuit 26 time. 切り替え時間は、液滴と媒体の物性に合わせて適宜調整可能である。 Switching time can be appropriately adjusted to suit the properties of the droplets and the medium. たとえば、液滴1が純水,媒体2が粘度1mPa・s程度のシリコーンオイル,流路幅(すなわち、内壁701と702間の距離)が11μmのとき,スイッチング切り替え時間が10ms以上であれば、充分に液滴分裂は可能である。 For example, the droplet 1 is pure water, medium 2 the viscosity 1 mPa · s about silicone oil, the channel width (i.e., the distance between the inner wall 701 and 702) when is 11 [mu] m, if the switching switching time than 10 ms, enough droplets division is possible.

電源9の電圧が0ボルトでは、液滴1の絶縁膜501、502に対する接触角は大きい(図1(1))。 Voltage of the power source 9 is zero volts, the contact angle with respect to the insulating film 501 and 502 of the droplet 1 is large (FIG. 1 (1)).
電源9の電圧をV1ボルトとすると、エレクトロウェッティングによって液滴1の絶縁膜501、502に対する接触角が減少する。 When the voltage of the power source 9 and V1 volts, the contact angle decreases with respect to the insulating film 501 and 502 of the droplet 1 by electrowetting. このとき、液滴1内部と電源9の電荷が絶縁膜501、502を挟む位置に移動する。 At this time, the charge of the droplet 1 inside and power supply 9 is moved to a position sandwiching the insulating film 501 and 502. それに伴って、液滴1が分裂液滴101、102に分裂する(図1(2))。 Along with this, the droplet 1 is split into split droplets 101 and 102 (FIG. 1 (2)).

分裂液滴101、102内の絶縁膜501、502の表面に移動した電荷は、絶縁膜501、502のリーク電流によって、電源9に徐々に移動する。 Charge transferred to the surface of the insulating film 501 and 502 in the division droplets 101 and 102, the leakage current of the insulating film 501 and 502, and gradually moves to the power supply 9. それによって、分裂液滴101、102の絶縁膜501、502に対する接触角は増大し、元の大きさに復元する(図1(3))。 Thereby, the contact angle with respect to the insulating film 501 and 502 of the split droplets 101 and 102 increases, restores to the original size (FIG. 1 (3)).
接触角が復元した分裂液滴1011、1012は、流路内の流れ場によって下流方向に流される(図1(4))。 Division drops 1011 and 1012 contact angle is restored is flowed in a downstream direction by the flow field in the flow path (FIG. 1 (4)).

このように、液滴分裂に必要な流路幅を液滴と同程度とすることで、流路の圧力損失を大きくすることなく、より微小な液滴を生成することができる。 Thus, the channel width required for droplet splitting by the droplet and the same degree without increasing the pressure loss of the flow path, it is possible to generate a more fine droplets.

また、分裂後の液滴径は、分裂前液滴の壁面に対する接触面積に依存することから、微小流路内が安定した層流を供給することで、液滴の壁面に対する接触面積が常に一定となる。 Further, the droplet diameter after division, since it depends on the area of ​​contact walls of division before droplets, by the microchannel to provide a stable laminar flow, always contact area with the wall surface of the droplets constant to become. これにより、分裂後の液滴径の分布を分裂前の分布とほぼ等しくでき、均一の流径にすることができる。 Thus, the distribution of the droplet size after division can almost equal distribution before division can be made uniform Nagare径.

(拡大流路による液滴分裂) (Droplet break due to the expansion channel)
液滴1の接触角を変化させるには、液滴1は絶縁膜501、502の両方に接する必要があるため、流路3の幅は液滴1の直径よりも同程度である必要がある。 In order to change the contact angle of the droplet 1, the droplet 1 is because it is necessary to contact with both of the insulating film 501 and 502, the width of the flow path 3 should be comparable than the diameter of the droplet 1 . 図1の場合は、流路幅が小さいために、液滴の物性によっては電源9に電圧を印加した際に液滴が分裂しない場合が生じる。 In the case of FIG. 1, for channel width is small, may drop when a voltage is applied to the power supply 9 is not split caused by the physical properties of the droplet.

図2は、本発明の液滴分裂部の流路幅を拡大する概略構成を示す。 Figure 2 shows a schematic configuration for enlarging the channel width of the droplet break portion of the present invention.
電源9の電圧が0ボルトでは、流路3の拡大前部分301にある液滴1の絶縁膜501、502に対する接触角は大きい(図2(1))。 Voltage of the power source 9 is zero volts, the contact angle with respect to the insulating film 501 and 502 of the droplets 1 in the enlarged front portion 301 of the flow path 3 is large (FIG. 2 (1)).
電源9の電圧をV1ボルトとすると、流路3の拡大前部分301にある液滴1の絶縁膜501、502に対する接触角が減少する(図2(2))。 When the voltage of the power source 9 and V1 volts, the contact angle with respect to the insulating film 501 and 502 of the droplets 1 in the enlarged front portion 301 of the flow path 3 is reduced (FIG. 2 (2)).

接触角が減少した液滴103は、流路内の流れ場によって、流路3の拡大部分302を通過して拡大後部分303に移動する。 Droplets 103 contact angle is decreased, the flow field in the channel, moves to expand after partial 303 passes through the enlarged portion 302 of the channel 3. このとき、液滴103は静電気力によって、絶縁膜501、502から離れないために、流路に垂直な方向に伸張する(図2(3))。 In this case, the droplet 103 by an electrostatic force, in order to not leave the insulating film 501 and 502, extending in a direction perpendicular to the flow path (FIG. 2 (3)).
電源9の電圧をV1ボルトよりも大きいV2ボルトにすることによって、流路3の拡大後部分303にある液滴104が分裂液滴101、102に分裂する(図2(4))。 The voltage of the power supply 9 by a large V2 volts than V1 volts, the droplets 104 in the enlarged after partial 303 of the flow path 3 is split into split droplets 101 and 102 (FIG. 2 (4)).

図1(3)と同様に、絶縁膜501、502のリーク電流によって、分裂液滴101、102の接触角が復元する(図2(5))。 Similar to FIG. 1 (3), the leakage current of the insulating film 501, the contact angle of the split droplets 101 and 102 is restored (Fig. 2 (5)). その後、流路内の流れ場によって、下流に移動する。 Thereafter, the flow field in the channel, moves downstream.

このように、液滴分裂時の流路幅を拡大する構成を採ることで、流路入り口が液滴径に対して0.5〜1.0倍程度の狭い場合においても、図1の場合よりも確実に液滴を分裂させることができる。 Thus, by employing a configuration for enlarging the channel width at the time of droplet splitting, even when the channel entrance narrow 0.5-1.0 times with respect to droplet size, in the case of FIG. 1 it is possible to reliably split the droplet than.

図3は、本発明の液滴分裂部の流路幅が連続的に拡大する概略構成を示す。 Figure 3 shows a schematic configuration of a flow path width of the droplet break portion of the present invention is expanded continuously.
電源9の電圧が0ボルトでは、液滴1は絶縁膜501、502に接している(図3(1))。 Voltage of the power source 9 is 0 volts, the droplets 1 is in contact with the insulating film 501 and 502 (FIG. 3 (1)).
電源9の電圧をV1ボルトとすると、液滴1の絶縁膜501、502に対する接触角が減少する(図3(2))。 When the voltage of the power source 9 and V1 volts, the contact angle decreases with respect to the insulating film 501 and 502 of the droplet 1 (FIG. 3 (2)).

接触角が減少した液滴103は、流路内の流れ場によって下流に移動する。 Droplets 103 contact angle is reduced is moved to the downstream by the flow field in the flow path. このとき、液滴103は静電気力によって、絶縁膜501、502から離れないために、流路に垂直な方向に伸張する(図3(3))。 In this case, the droplet 103 by an electrostatic force, in order to not leave the insulating film 501 and 502, extending in a direction perpendicular to the flow path (FIG. 3 (3)).
流路3の幅がある値よりも大きくなったところで、液滴103が分裂する(図3(4))。 Now that is greater than a certain value width of the flow path 3, the droplet 103 is split (FIG. 3 (4)).

図1(3)と同様に、絶縁膜501、502のリーク電流によって、分裂液滴101、102の接触角が復元する(図3(5))。 Similar to FIG. 1 (3), the leakage current of the insulating film 501, the contact angle of the split droplets 101 and 102 is restored (Fig. 3 (5)). その後、流路内の流れ場によって、下流に移動する。 Thereafter, the flow field in the channel, moves downstream.

このように、流路幅が連続的に拡大する構成を採ることで、流れ場の中で自然と液滴を分裂させることが可能となり、図2のように電源電圧を2段階に変化させる必要が無くなる。 Thus, by employing a configuration in which the flow path width is enlarged continuously, it is possible to divide the nature and droplets in the flow field, it needs to be changed in two steps the power voltage as shown in FIG. 2 It is eliminated. また、流路幅が連続的に拡大するため、分裂可能となる最大液滴径を限定する必要は無く、様々な径の液滴に対応することができる。 Further, since the channel width is enlarged continuously, it is necessary to limit the maximum droplet diameter that enables division without may correspond to drops of various sizes.

(駆動電極の斜め配置による液滴分裂) (Droplet break due to the oblique arrangement of the drive electrodes)
図4は、本発明の液滴分裂部の駆動電極が電極中心線が一致しない斜めの位置に配置された概略構成を示す。 Figure 4 shows a schematic configuration of the drive electrodes of the droplet break portion of the present invention is placed in an oblique position in which the electrode center line do not coincide.
電源9の電圧が0ボルトでは、液滴1の絶縁膜501、502に対する接触角は大きい(図4(1))。 Voltage of the power source 9 is zero volts, the contact angle with respect to the insulating film 501 and 502 of the droplet 1 is large (FIG. 4 (1)).

液滴1が駆動電極401、402の両方に接する位置に移動したときに、電源9の電圧をV1ボルトとすると、エレクトロウェッティングによって液滴1の絶縁膜501、502に対する接触角が減少する。 When the droplet 1 is moved to a position in contact with both the drive electrodes 401 and 402, when the voltage of the power source 9 and V1 volts, the contact angle decreases with respect to the insulating film 501 and 502 of the droplet 1 by electrowetting. それに伴って、液滴1が分裂液滴101、102に分裂する(図4(2))。 Along with this, the droplet 1 is split into split droplets 101 and 102 (FIG. 4 (2)).

図1と同様に、絶縁膜501、502のリーク電流によって、分裂液滴101、102の接触角が復元する(図4(3))。 Similar to FIG. 1, the leakage current of the insulating film 501, the contact angle of the split droplets 101 and 102 is restored (Fig. 4 (3)). その後、流路内の流れ場によって、下流に移動する。 Thereafter, the flow field in the channel, moves downstream.

このように、駆動電極401、402が液滴1に対して斜めに配置され、液滴1を流路3に対して斜め方向に分裂させることで、図2、図3のように流路の幅を変化させる必要も、図2のように電源電圧を2段階に変化させる必要も無くなる。 Thus, drive electrodes 401 and 402 disposed obliquely to the droplet 1, by splitting the oblique direction droplets 1 to the flow path 3, 2, of the passage as shown in FIG. 3 also necessary to change the width, no need to vary in two steps the supply voltage as shown in FIG. また、流路に対する液滴径が比較的大きい場合でも、分裂後の液滴同士に距離が生ずるため、一度分裂した液滴同士が合体しにくくなる。 Further, even when the droplet diameter to the flow path is relatively large, the distance is generated in the droplets to each other after the division, liquid droplets are less likely to coalesce with once division.

なお、電極中心線が一致しなければ、斜めに向かい合う一方の駆動電極端は他方の駆動電極端の位置と重なり合っても同様の効果を有することは言うまでもない。 Incidentally, if the electrode center line coincides, one drive electrode end facing diagonally is naturally the same effects even overlap the position of the other drive electrode end.

(第一の分裂液滴の接触角復元制御) (Contact angle restoration control of the first division droplets)
図1の場合、分裂後の液滴101、102間の距離が小さい、もしくは電圧V1が大きいと、101、102の間に働く静電気力により、互いに引き合って合体する場合がある。 For Figure 1, a small distance between the droplet 101 and 102 after division, or the larger the voltage V1, the electrostatic force acting between the 101 and 102, sometimes coalesce attract each another. これは、分裂後に液滴内部の電荷が、もう一方の液滴側の面に移動するためである。 This drop inside the charge after division, in order to move to the surface of the other liquid droplets side.

図5を用いて、本発明の第一の分裂液滴の接触角復元を制御する構成と動作原理を説明する。 With reference to FIG. 5, illustrating the construction and operating principle of controlling the contact angle restoration of the first division droplets of the present invention.
液滴1には絶縁膜501、502以外に接地電極1201、1202が接続されている。 The droplet 1 is connected to the ground electrode 1201 and 1202 in addition to the insulating film 501 and 502. 駆動電極401、402は配線801、802とスイッチ1001、1002を介して、電源901、902に接続されるか、接地される。 Drive electrodes 401 and 402 through the wiring 801, 802 and switches 1001, 1002, or is connected to a power supply 901 and 902 is grounded. 接地電極1201、1202は配線1101、1102を介して常に接地されており、絶縁膜で覆われる必要は無い。 Ground electrodes 1201 and 1202 is always grounded through the wiring 1101 and 1102 and need not be covered with an insulating film. スイッチ1001、1002は、制御回路26によって時間により切り替えられる。 Switch 1001 and 1002 is switched by the time the control circuit 26. 切り替え時間は液滴と媒体の物性に合わせて適宜調整可能である。 Switching time can be appropriately adjustable to suit the properties of the droplets and the medium.

はじめに、駆動電極401、402は、スイッチ1001、1002を介して接地されている(図5(1))。 First, the drive electrodes 401 and 402 is grounded via the switch 1001 and 1002 (FIG. 5 (1)).
スイッチ1001、1002を電源901、902側へ切り替えることで、駆動電極401、402に電圧を印加する。 By switching the switch 1001 and 1002 to the power supply 901 and 902 side, a voltage is applied to the drive electrodes 401 and 402. すると、絶縁膜501で覆われた駆動電極401および絶縁膜で覆われていない設置電極1201の双方に接していた液滴1に、接地電極1201のみから電荷が直ちに移動する結果、液滴は負に帯電する。 Then, the droplet 1 both in was in contact the holding electrode 1201 which is not covered by the drive electrodes 401 and the insulating film are covered with the insulating film 501, a result of the charge of only the ground electrode 1201 moves immediately droplets negative charged. 他方の駆動電極402、接地電極1202でも同様である。 The other drive electrode 402 is the same even ground electrode 1202. これによって、液滴1は液滴101と液滴102に分裂する(図5(2))。 Thus, the droplet 1 is split into droplets 101 and the droplet 102 (FIG. 5 (2)).

スイッチ1001のみを接地側に切り替える。 Only the switch 1001 is switched to the ground side. これによって、駆動電極401、液滴101内部の電荷が移動する。 Thus, the driving electrodes 401, the droplet 101 inside the charge is transferred. すると、絶縁膜501に対する液滴101の接触角が復元する(図5(3))。 Then, the contact angle of the droplet 101 is restored to the insulating film 501 (FIG. 5 (3)).
接触角の復元によって、液滴101が絶縁膜501から離れる。 The restoration of the contact angle, the droplet 101 is separated from the insulating film 501. その結果、液滴101は流路3の下流側に流される(図5(4))。 As a result, the droplet 101 is flowed into the downstream side of the flow path 3 (Fig. 5 (4)).

スイッチ1002を接地側に切り替える。 The switch 1002 is switched to the ground side. これによって、駆動電極402、液滴102内部の電荷が移動する。 Thus, the driving electrodes 402, the droplet 102 inside the charge is transferred. すると、絶縁膜502に対する液滴102の接触角が復元する(図5(5))。 Then, the contact angle of the droplet 102 is restored to the insulating film 502 (FIG. 5 (5)).
接触角の復元によって、液滴102が流路内壁から離れる。 The restoration of the contact angle, the droplet 102 is separated from the channel inner wall. その結果、液滴102は流路3の下流側に流される。 As a result, the droplet 102 is flowed into the downstream side of the flow path 3.

このように、分裂後の液滴101、102の接触角復元のタイミングをスイッチング制御することで、一度分裂した液滴の合体を防ぐことができる。 Thus, the timing of the contact angle recovery of the droplet 101 and 102 after division by the switching control, it is possible to prevent once coalescence of split droplets.

(第一の電極配置の態様) (The first embodiment of the electrode arrangement)
図6(a)〜(d)は、本発明の図5の分裂方法を実現するための、流路3内面の駆動電極401、402、接地電極1201、1202の複数の配置例を示した概略構成図である。 FIG 6 (a) ~ (d) are, for implementing the division method of FIG. 5 of the present invention, the flow path 3 the inner surface of the drive electrodes 401 and 402, schematically showing a plurality of arrangement of the ground electrode 1201 and 1202 it is a block diagram. 駆動電極401、402上には絶縁膜が形成されているが、図中では省略されている。 On the drive electrodes 401 and 402 are formed insulating film, but is omitted in FIG. 接地電極1201、1202上には絶縁膜はない。 No insulating film is formed on the ground electrode 1201 and 1202. 図6(d)は、接地電極1201、1202を一つの電極12とした場合であり、製造のしやすさの点で優れている。 Figure 6 (d) is a case where one of the electrodes 12 and ground electrodes 1201 and 1202, are superior in terms of ease of manufacture.

(第二の分裂液滴の接触角復元制御) (Contact angle restoration control of the second division droplets)
図7を用いて、本発明の第二の分裂液滴の接触角復元を制御する構成と動作原理を説明する。 With reference to FIG. 7, the structure and operation principle of controlling the contact angle recovery of the second division droplets present invention. 駆動電極4011、4021は配線8011、8021とスイッチ1001、1002を介して、電源901、902に接続されるか、接地される。 Drive electrodes 4011,4021 via wires 8011,8021 and switches 1001, 1002, or is connected to a power supply 901 and 902 is grounded. 接地電極4012、4022は配線8012、8022を介して常に接地される。 Ground electrodes 4012,4022 is always grounded through a wire 8012,8022. スイッチ1001、1002は、制御回路26によって時間により切り替えられる。 Switch 1001 and 1002 is switched by the time the control circuit 26. 切り替え時間は液滴と媒体の物性に合わせて適宜調整可能である。 Switching time can be appropriately adjustable to suit the properties of the droplets and the medium.

はじめに、駆動電極4011、4021は、スイッチ1001、1002を介して接地されている(図7(1))。 First, the drive electrodes 4011,4021 are grounded via the switch 1001 and 1002 (FIG. 7 (1)).
液滴1が駆動電極4011、4012、4021、4022に接する位置で、スイッチ1001、1002を電源901、902側に切り替えることで、駆動電極4011、4021に電圧を印加する。 At the position where the droplet 1 is in contact with the drive electrodes 4011,4012,4021,4022, by switching the switch 1001 and 1002 to the power supply 901 and 902 side, a voltage is applied to the drive electrodes 4011,4021. これによって、液滴1は液滴101と液滴102に分裂する(図7(2))。 Thus, the droplet 1 is split into droplets 101 and the droplet 102 (FIG. 7 (2)).

スイッチ1001のみを接地側に切り替える。 Only the switch 1001 is switched to the ground side. これによって、駆動電極4011、4012、液滴101内部の電荷が移動する。 Thus, the driving electrodes 4011,4012, droplet 101 inside the charge is transferred. すると、絶縁膜501に対する液滴101の接触角が復元する(図7(3))。 Then, the contact angle of the droplet 101 is restored to the insulating film 501 (FIG. 7 (3)).
接触角の復元によって、液滴101が流路内壁から離れる。 The restoration of the contact angle, the droplet 101 is separated from the channel inner wall. その結果、液滴101は流路3の下流側に流される(図7(4))。 As a result, the droplet 101 is flowed into the downstream side of the flow path 3 (Fig. 7 (4)).

スイッチ1002を接地側に切り替える。 The switch 1002 is switched to the ground side. これによって、駆動電極4021、4022、液滴102内部の電荷が移動する。 Thus, the driving electrodes 4021,4022, droplet 102 inside the charge is transferred. すると、絶縁膜502に対する液滴102の接触角が復元する(図7(5))。 Then, the contact angle of the droplet 102 is restored to the insulating film 502 (FIG. 7 (5)).
接触角の復元によって、液滴102が流路内壁から離れる。 The restoration of the contact angle, the droplet 102 is separated from the channel inner wall. その結果、液滴102は流路3の下流側に流される。 As a result, the droplet 102 is flowed into the downstream side of the flow path 3.

このように、分裂後の液滴101、102の接触角復元のタイミングをスイッチング制御することで、一度分裂した液滴の合体を防ぐことができる。 Thus, the timing of the contact angle recovery of the droplet 101 and 102 after division by the switching control, it is possible to prevent once coalescence of split droplets.

(第二の電極配置の態様) (Second embodiment of the electrode arrangement)
図8(a)〜(c)は、本発明の図7の分裂方法を実現するための、流路3内面の駆動電極4011、4012、4021、4022の複数の配置例を示した概略構成図である。 Figure 8 (a) ~ (c) are diagrams for realizing the division method 7, schematic diagram showing a plurality of arrangement of the driving electrodes 4011,4012,4021,4022 of the passage 3 inside surface of the present invention it is. 駆動電極4011、4012、4021、4022上には絶縁膜が形成されているが、図中では省略されている。 On the drive electrode 4011,4012,4021,4022 are formed insulating film, but is omitted in FIG. 図8(d)は駆動電極を一つの流路壁上に複数形成した電極列411,412とした場合である。 Figure 8 (d) shows a case in which the electrode array 411 and 412 in which a plurality formed in one flow path on the wall the driving electrodes. 電極列411,412上には絶縁膜が形成されているが、図中では省略されている。 While on the electrode array 411, 412 is formed an insulating film is omitted in FIG.

(分裂後の液滴径の調整) (Adjustment of the droplet size after division)
図9を用いて、本発明の分裂後の液滴径を調整する方法について説明する。 With reference to FIG. 9, a description will be given of a method of adjusting the droplet size after divisions of this invention. 図5もしくは図7のように、各流路壁面上の駆動電極に対して独立に電圧を印加できる場合、分裂後の液滴径を調整することが可能である。 As shown in FIG. 5 or FIG. 7, when a voltage independently for driving electrodes of the respective flow paths on the walls can be applied, it is possible to adjust the droplet diameter after division. 図9は図7と同一の構成であり、配線、スイッチ、電源は図9内では省略してある。 9 has the same configuration as FIG. 7, wiring, switches, power supply are omitted in the FIG. スイッチは、制御回路によって時間により切り替えられる。 Switch is switched by the time the control circuit. 切り替え時間は液滴と媒体の物性に合わせて適宜調整可能である。 Switching time can be appropriately adjustable to suit the properties of the droplets and the medium.

はじめに、駆動電極4011、4021は接地され、0ボルトである(図9(1))。 First, the drive electrodes 4011,4021 are grounded, 0 volts (FIG. 9 (1)).
液滴が分裂しない程度に、駆動電極4011にV1ボルト、4021にV2ボルトの電圧を印加する。 To the extent that the droplets do not divide, V1 volts to the driving electrode 4011, a voltage of V2 volts to 4021. V1よりもV2の方が大きいため、絶縁膜502に対する接触角は、絶縁膜501に対する接触角よりも小さくなる。 For even greater in V2 from V1, the contact angle with respect to the insulating film 502 is smaller than the contact angle with respect to the insulating film 501. それによって、液滴1の絶縁膜502に対する接触面積は、絶縁膜501に対する接触面積よりも大きくなる(図9(2))。 Thereby, the contact area with the insulating film 502 of the droplet 1 is larger than the area of ​​contact with the insulating film 501 (FIG. 9 (2)).

駆動電極4011、4021にV3ボルトを印加する。 Applying a V3 volts to drive electrodes 4011,4021. V3はV2よりも大きいため、液滴は分裂する。 V3 is larger than V2, the droplet is split. このとき、分裂液滴101、102の体積は、分裂前の接触面積に依存して異なる(図9(3))。 At this time, the volume of the split droplets 101 and 102 will vary depending on the contact area of ​​the front division (Fig. 9 (3)).

駆動電極4011のみを接地する。 To ground the only driving electrode 4011. これによって、絶縁膜501に対する液滴101の接触角が復元する(図9(4))。 Thus, the contact angle of the droplet 101 is restored to the insulating film 501 (FIG. 9 (4)).
接触角の復元によって、液滴101が流路内壁から離れる。 The restoration of the contact angle, the droplet 101 is separated from the channel inner wall. その結果、液滴101は流路3の下流側に流される(図9(5))。 As a result, the droplet 101 is flowed into the downstream side of the flow path 3 (FIG. 9 (5)).

駆動電極4021を接地する。 To ground the drive electrode 4021. これによって、絶縁膜502に対する液滴102の接触角が復元する(図9(6))。 Thus, the contact angle of the droplet 102 with respect to the insulating film 502 is restored (Fig. 9 (6)).
接触角の復元によって、液滴102が流路内壁から離れる。 The restoration of the contact angle, the droplet 102 is separated from the channel inner wall. その結果、液滴102は流路3の下流側に流される。 As a result, the droplet 102 is flowed into the downstream side of the flow path 3.

このように、各流路壁面上の駆動電極をスイッチング制御によって独立に電圧を印加することで、分裂後の液滴径を調整することが可能である。 Thus, the drive electrodes of each flow path on the walls by applying a voltage to the independently by switching control, it is possible to adjust the droplet diameter after division.

(まとめ) (Summary)
本発明によれば、マイクロ流体チップの微小流路内のせん断力によって生成した液滴を、その流路の下流における流れ場の中で、エレクトロウェッティングによって流路壁面に対して垂直に分裂させることで、より微小な液滴を生成することができる。 According to the present invention, the droplets generated by the shear force of the microchannel of the microfluidic chip, in the flow field downstream of the flow path, disrupting perpendicular to the flow path wall by electrowetting it can be the to produce a finer droplets. また、同一流路の層流中でせん断作業と分裂作業とを行うことで、エレクトロウェッティングによる分裂液滴生成速度を、せん断力によって生成した液滴の生成速度と同期した数百Hzオーダーまで追従可能とすることが可能となる。 Further, the flow channel is a laminar flow to perform the shearing operations and division operations, the division droplet generation rate due to electrowetting, up to several hundred Hz order in synchronization with the production rate of the droplets produced by shearing force it becomes possible to allow follow-up.

また、分裂後の液滴径は、分裂前液滴の壁面に対する接触面積に依存することから、微小流路内が安定した層流を供給することで、液滴の壁面に対する接触面積が常に一定となる。 Further, the droplet diameter after division, since it depends on the area of ​​contact walls of division before droplets, by the microchannel to provide a stable laminar flow, always contact area with the wall surface of the droplets constant to become. これにより、分裂後の液滴径の分布を分裂前の分布とほぼ等しくでき、均一の流径にすることができる。 Thus, the distribution of the droplet size after division can almost equal distribution before division can be made uniform Nagare径.

さらに、エレクトロウェッティングによる壁面に垂直方向の液滴分裂は、数百Hzオーダーまで追従可能である。 Furthermore, droplet break in the direction perpendicular to the wall surface by electrowetting may be followed up to several hundred Hz orders. したがって、せん断力によって生成した液滴の生成速度に同期して液滴を分裂することが可能であり、単位時間当たりの液滴生成数は従来と同程度となる。 Therefore, it is possible to divide the droplets in synchronism with the rate of formation of the droplets generated by the shear forces, the droplets generated per unit time is conventional level.

(その他) (Other)
以上、本発明の例を説明したが、本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能である。 Having described the example of the present invention, the present invention is not limited to the examples described above, various modifications are possible in the scope of the invention as set forth in the appended claims.
本発明の液滴微粒化装置は、上記で説明した様々な液滴分裂部を組み合わせることも可能である。 Droplet atomization device of the present invention, it is possible to combine various droplet splitting portion described above.

流路断面は必ずしも長方形である必要は無く、台形、円形、その他の形状でも本発明を実現することは可能である。 Channel cross section is necessarily be rectangular without, trapezoidal, circular, it is possible to implement the invention in other shapes.
制御回路26の電圧切り替えは、時間で行う以外にも、例えば電極に誘電率モニタを設けて行っても良い。 Voltage switching of the control circuit 26, in addition to performing a time, for example, electrodes may be performed by providing a dielectric constant monitoring.

1・・・液滴101・・・分裂後の液滴102・・・分裂後の液滴103・・・電圧印加後の液滴104・・・電圧印加後の液滴1011・・・分裂後に接触角が復元した液滴1012・・・分裂後に接触角が復元した液滴2・・・媒体3・・・流路301・・・流路拡大前部302・・・流路拡大部303・・・流路拡大後部304・・・液滴生成部305・・・液滴分裂部401・・・駆動電極402・・・駆動電極4011・・・駆動電極4012・・・駆動電極4021・・・駆動電極4022・・・駆動電極411・・・駆動電極列412・・・駆動電極列501・・・絶縁膜502・・・絶縁膜6・・・撥水膜701・・・流路壁702・・・流路壁801・・・配線802・・・配線9・・・電源901・・・電源902・・ After 1 ... droplet 1011 ... splitting of the droplet 101 ... after the droplet 104 ... voltage application after the droplet 103 ... voltage application after the droplet 102 ... division postmitotic contact drop 2 angle is the contact angle after recovery droplets 1012 ... split restored ... medium 3 ... passage 301 ... enlarged flow path front 302 ... enlarged flow path portion 303, · enlarged flow path rear 304 ... droplet generator 305 ... droplet splitting portion 401 ... driving electrode 402 ... driving electrode 4011 ... driving electrode 4012 ... driving electrode 4021 ... drive electrodes 4022 ... driving electrode 411 ... driving electrode line 412 ... driving electrode line 501 ... insulating film 502 ... insulating film 6 ... water-repellent film 701 ... channel wall 702, · flow path walls 801 ... wiring 802 ... wire 9 ... power 901 ... power 902 .. 電源1001・・・スイッチ1002・・・スイッチ1101・・・配線1102・・・配線1201・・・接地電極1202・・・接地電極17・・・マイクロ流体チップ18・・・配管19・・・配管20・・・送液ポンプ21・・・送液ポンプ22・・・液滴原料24・・・配管25・・・回収容器 Power 1001 ... Switch 1002 ... Switch 1101 ... wiring 1102 ... wiring 1201 ... ground electrode 1202 ... ground electrode 17 ... microfluidic chip 18 ... pipe 19 ... pipe 20 ... liquid supply pump 21 ... feeding pump 22 ... droplet material 24 ... pipe 25 ... recovery container

Claims (12)

  1. マイクロ流体チップの微小流路内を流れる互いに混じり合わない2種類の液体からせん断力によって第一の液滴を生成する液滴生成部と、 A droplet generator for generating a first droplet by shear force from two liquids immiscible with each other through the microfluidic chip microfluidic channel of,
    前記流路下流部の内壁に形成された少なくとも一対の駆動電極に電圧を印加し前記液滴を分裂させることで第二の液滴を生成する液滴分裂部と、 The droplet splitting unit for generating a second droplet by disrupting the droplet at least a voltage is applied to the pair of drive electrodes formed on the inner wall of the flow path downstream portion,
    を有することを特徴とする液滴微粒化装置。 Droplet atomization apparatus characterized by having a.
  2. 前記液滴分裂部は、前記第一の液滴の粒径の0.5倍以上の流路幅を有することを特徴とする請求項1に記載の液滴微粒化装置。 The droplet splitting unit, the droplet atomization device according to claim 1, characterized in that it comprises the first liquid particle 0.5 times the channel width of the diameter of the droplets.
  3. 前記流路下流部は、層流方向に向かって幅が拡大する流路幅拡大部を有することを特徴とする請求項1または2に記載の液滴微粒化装置。 The flow path downstream section, droplet atomization device according to claim 1 or 2, characterized in that it has a channel width enlarged portion to expand the width toward the laminar flow direction.
  4. 前記流路下流部は、さらに、前記第一の液滴の粒径以下の幅を有する第一の流路部と、前記第一の液滴の流径よりも広い幅を有する第二の流路部と、を有することを特徴とする請求項3に記載の液滴微粒化装置。 The flow path downstream portion further second flow having a first channel portion having a width of particle size or less under the first droplet, the wider width than Nagare径 of the first droplet droplet atomization device according to claim 3, characterized in that it comprises a road section.
  5. 前記駆動電極は、対面していることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の液滴微粒化装置。 The drive electrodes, droplet atomization device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that faces.
  6. 前記駆動電極は、前記流路下流部の対面する内壁に前記駆動電極の中心線が一致しない位置に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の液滴微粒化装置。 The drive electrodes, droplet atomization device according to claim 1, characterized in that the center line of the drive electrodes facing the inner wall of the flow path downstream portion is formed do not match position.
  7. マイクロ流体チップの微小流路内を流れる互いに混じり合わない2種類の液体からせん断力によって第一の液滴を生成する液滴生成部と、 A droplet generator for generating a first droplet by shear force from two liquids immiscible with each other through the microfluidic chip microfluidic channel of,
    前記流路下流部の内壁に形成された少なくとも3つの電極をスイッチング制御によって電圧変化させ前記液滴を分裂させることで第二の液滴を生成する液滴分裂部と、 The droplet splitting unit for generating a second droplet by disrupting the droplet is a voltage change by the switching control of at least three electrodes which are formed on an inner wall of the flow path downstream portion,
    を有することを特徴とする液滴微粒化装置。 Droplet atomization apparatus characterized by having a.
  8. 前記液滴分裂部は、 The droplet splitting section,
    前記内壁に対面する一対の駆動電極と、 A pair of drive electrodes facing said inner wall,
    前記内壁に対面する一対の接地電極、前記内壁の同一面上を並走する一対の接地電極、前記駆動電極と異なる前記内壁面に位置する1個の接地電極、のうち少なくとも1つと、 A pair of ground electrodes facing said inner wall, a pair of ground electrodes extend in parallel on the same plane of the inner wall, one of the ground electrode located on the inner wall surface different from the drive electrode, at least one of a,
    を有することを特徴とする請求項7に記載の液滴微粒化装置。 Droplet atomization device according to claim 7, characterized in that it comprises a.
  9. 前記液滴分裂部は、絶縁膜で覆われていない接地電極を有することを特徴とする請求項8に記載の液滴微粒化装置。 The droplet splitting unit, the droplet atomization device according to claim 8, characterized in that it comprises a ground electrode which is not covered with an insulating film.
  10. 前記液滴分裂部は、絶縁膜で覆われた駆動電極または接地電極を有することを特徴とする請求項8に記載の液滴微粒化装置。 The droplet splitting unit, the droplet atomization device according to claim 8, characterized in that it comprises a driving electrode or the ground electrode is covered with an insulating film.
  11. 前記液滴分裂部は、前記内壁の同一面上に絶縁膜で覆われた2つ以上の駆動電極を有することを特徴とする請求項8に記載の液滴微粒化装置。 The droplet splitting unit, the droplet atomization device according to claim 8, characterized in that it comprises two or more driving electrodes covered with an insulating film on the same surface of the inner wall.
  12. 前記液滴分裂部は、対面する二対の電極、垂直面上に位置する二対の電極、同一面上に複数の電極列が形成された一対の電極、のうち少なくとも1つの電極を有し、該電極は個々独立して電圧が設定されることを特徴とする請求項8に記載の液滴微粒化装置。 The droplet splitting unit includes facing two pairs of electrodes, two pairs of electrodes located on a vertical surface, a pair of electrodes in which a plurality of electrode rows are formed on the same surface, at least one of the electrodes of the , the electrode droplet atomization device according to claim 8, characterized in that the voltage to each independently is set.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014140841A (en) * 2013-01-23 2014-08-07 Sharp Corp Am-ewod device, method of driving am-ewod device by ac drive at variable voltage
WO2017077409A1 (en) * 2015-11-04 2017-05-11 International Business Machines Corporation Continuous, capacitance-based monitoring of liquid flows in a microfluidic device

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102095770A (en) * 2010-11-22 2011-06-15 复旦大学 Electrochemical sensor chip based on digital microfluidic technology

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06173777A (en) * 1992-12-07 1994-06-21 Ryoju Shoji Kk Device for producing high voltage applied emuslion fuel oil
JP2005049273A (en) * 2003-07-30 2005-02-24 Aisin Seiki Co Ltd Micro-fluid control system
JP2005270894A (en) * 2004-03-26 2005-10-06 Japan Science & Technology Agency Droplet generation method and device
JP2006500596A (en) * 2002-09-24 2006-01-05 デューク・ユニバーシティDuke University Method and apparatus for manipulating droplets using techniques electrowetting system
JP2007098322A (en) * 2005-10-06 2007-04-19 Foundation For The Promotion Of Industrial Science Method for forming droplet according to micro droplet fusion and device therefor
JP2007516067A (en) * 2003-05-16 2007-06-21 ヴェロシス,インク. The process of making an emulsion using microchannel process technology
JP2008512235A (en) * 2004-09-09 2008-04-24 アンスティテュート キュリー Device for operating a packet in the microchannel or other micro vessel
JP2008100182A (en) * 2006-10-20 2008-05-01 Hitachi Plant Technologies Ltd Emulsification apparatus and apparatus for manufacturing particulate
JP2008517251A (en) * 2004-10-09 2008-05-22 フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング Nanomanipulators for analyzing or processing an object

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050221339A1 (en) * 2004-03-31 2005-10-06 Medical Research Council Harvard University Compartmentalised screening by microfluidic control

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06173777A (en) * 1992-12-07 1994-06-21 Ryoju Shoji Kk Device for producing high voltage applied emuslion fuel oil
JP2006500596A (en) * 2002-09-24 2006-01-05 デューク・ユニバーシティDuke University Method and apparatus for manipulating droplets using techniques electrowetting system
JP2007516067A (en) * 2003-05-16 2007-06-21 ヴェロシス,インク. The process of making an emulsion using microchannel process technology
JP2005049273A (en) * 2003-07-30 2005-02-24 Aisin Seiki Co Ltd Micro-fluid control system
JP2005270894A (en) * 2004-03-26 2005-10-06 Japan Science & Technology Agency Droplet generation method and device
JP2008512235A (en) * 2004-09-09 2008-04-24 アンスティテュート キュリー Device for operating a packet in the microchannel or other micro vessel
JP2008517251A (en) * 2004-10-09 2008-05-22 フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング Nanomanipulators for analyzing or processing an object
JP2007098322A (en) * 2005-10-06 2007-04-19 Foundation For The Promotion Of Industrial Science Method for forming droplet according to micro droplet fusion and device therefor
JP2008100182A (en) * 2006-10-20 2008-05-01 Hitachi Plant Technologies Ltd Emulsification apparatus and apparatus for manufacturing particulate

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014140841A (en) * 2013-01-23 2014-08-07 Sharp Corp Am-ewod device, method of driving am-ewod device by ac drive at variable voltage
US9169573B2 (en) 2013-01-23 2015-10-27 Sharp Kabushiki Kaisha AM-EWOD device and method of driving with variable voltage AC driving
WO2017077409A1 (en) * 2015-11-04 2017-05-11 International Business Machines Corporation Continuous, capacitance-based monitoring of liquid flows in a microfluidic device
GB2558839A (en) * 2015-11-04 2018-07-18 Ibm Continuous, capacitance-based monitoring of liquid flows in a microfluidic device

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