JP2017225910A - 液滴製造装置および液滴の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液滴の生成速度を高くすることができ、かつ、小型化および静音化を図ることができる液滴製造装置および液滴の製造方法を提供する。【解決手段】液滴製造装置１は、マイクロ流体チップ１０とポンプ装置２０とを備える。マイクロ流体チップ１０は、チップ本体１１と、チップ本体１１の下面１１Ａに貼り合わせられた基板１２とを備え、チップ本体１１は、連続相となる液体を溜める第１の液溜１３Ａと、分散相となる液体を溜める第２の液溜１３Ｂと、第３の液溜１３Ｃと、液溜１３Ａ〜１３Ｃの底部から延びて一点で互いに連結したマイクロ流路１４Ａ〜１４Ｃとを有する。ポンプ装置２０は、チャンバー２２が形成されたポンプ本体２０Ａを備え、ポンプ本体２０Ａは、チャンバー２２を形成するダイアフラム２３と、ダイアフラム２３を振動させる圧電素子２５と、第３の液溜１３Ｃからチャンバー２２内にガスを吸入するための吸入用ポート２６とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ流体チップを用いて液滴を生成する液滴製造装置および液滴の製造方法に関する。

近年のマイクロフルイディクスを利用したナノテクノロジーの発達に伴って、バイオテクノロジーや薬品製造等の分野では、微小な液滴（エマルジョン）が、極微小反応容器やマイクロカプセルの形成材等として広く用いられている。

微小な液滴の製造装置としては、マイクロ流体チップを用いたものが知られている（例えば、特許文献１および２参照）。
特許文献１には、２つの導入口および２つの排出口を有するマイクロ流路が形成された板状のチップ本体と、マイクロ流路を密封するようにチップ本体に貼り合わせられたホルダー用基板とを備えたマイクロ流体チップが記載されている（実施例３および図５参照）。２つの導入口のうち一方の導入口から連続相となる液体を第１のマイクロ流路に導入し、他方の導入口から分散相となる液体を第２のマイクロ流路に導入することで、第１および第２のマイクロ流路の合流部にて連続相となる液体が分散相となる液体を切断し、液滴が生成される。連続相および分散相となる液体の送液手段としては、マイクロシリンジポンプが採用されている。

また、特許文献２には、連続相となる液体を溜める第１の液溜と、分散相となる液体を溜める第２の液溜と、液滴を捕集する第３の液溜と、それぞれ第１〜第３の液溜の底部から延びて一点で互いに連結した第１〜第３のマイクロ流路とを有するチップ本体が記載されている。チップ本体は、ガスを吸蔵し得る合成樹脂で形成されており、脱気したマイクロ流体チップがチップ本体内のガスを吸蔵することで、第３の液溜内の減圧を図り、第１および第２の液溜内の液体が、第１および第２のマイクロ流路、さらに第３のマイクロ流路を通じて第３の液溜に向けて流れる。その際に、第３のマイクロ流路内に液滴が形成され、第３の液溜には、分散相の液滴が連続相の液体とともに捕集される。

特開２００４−３５８３８６号公報 特開２０１５−２１１９３１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成を採用した場合は、シリンジポンプのピストンを駆動するための電動機が必要となるため、液滴製造装置の小型化を図ることができないという問題や、電動機の作動に伴って騒音が発生し得るという問題があった。

また、特許文献２に記載の構成を採用した場合は、液滴製造装置の小型化および静音化を図ることができるものの、１秒間当たりに生成される液滴の個数が最大で約１０個であり、液滴の生成速度が比較的低いという欠点があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題は、液滴の生成速度を高くすることができ、かつ、小型化および静音化を図ることができる液滴製造装置および液滴の製造方法を提供することにある。

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とポンプ装置とを備えた液滴製造装置であって、前記マイクロ流体チップは、板状のチップ本体と、前記チップ本体の下面に貼り合わせられた基板とを備え、前記チップ本体は、連続相となる液体を溜める第１の液溜と、分散相となる液体を溜める第２の液溜と、液滴を捕集する第３の液溜と、それぞれ前記第１〜第３の液溜の底部から延びて一点で互いに連結した第１〜第３のマイクロ流路とを有し、前記ポンプ装置は、内部空間としてチャンバーが形成されたポンプ本体を備え、前記ポンプ本体は、前記チャンバーを形成するダイアフラムと、電力の供給を受けて前記ダイアフラムを振動させる圧電素子と、前記第３の液溜から前記チャンバー内にガスを吸入するための吸入用ポートとを有することを特徴とする。

また、上記構成において、前記ポンプ装置は、前記圧電素子に電力を供給するポンプコントローラをさらに備え、前記ポンプコントローラは、前記圧電素子に供給する電力の周波数または電圧を制御することが好ましい。

また、上記構成を備えた液滴製造装置は、前記第３の液溜を覆うように前記チップ本体の上面に積層された積層部材と、前記積層部材および前記ポンプ本体に接続されて前記第３の液溜および前記チャンバーを互いに連通させる連通部材とをさらに備えてもよい。

さらに、上記構成において、前記連通部材は、前記積層部材に対して着脱可能に構成された固着具と、前記固着具に接続された可撓性を有するチューブとを備えることが好ましい。

また、上記構成を備えた液滴製造装置は、前記マイクロ流体チップおよび前記積層部材を挟んで保持するホルダーをさらに備えることが好ましい。
また、上記構成において、前記チップ本体は、ガスを吸蔵し得る合成樹脂で形成されていることが好ましい。

また、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を用いて液滴を生成する液滴の製造方法であって、（Ａ）板状のチップ本体と、前記チップ本体の下面に貼り合わせられた基板とを備え、前記チップ本体が、連続相となる液体を溜める第１の液溜と、分散相となる液体を溜める第２の液溜と、液滴を捕集する第３の液溜と、それぞれ前記第１〜第３の液溜の底部から延びて一点で互いに連結した第１〜第３のマイクロ流路とを有するマイクロ流体チップを準備し、（Ｂ）内部空間としてチャンバーが形成されたポンプ本体を備え、前記ポンプ本体が、前記チャンバーを形成するダイアフラムと、電力の供給を受けて前記ダイアフラムを振動させる圧電素子と、前記第３の液溜から前記チャンバー内にガスを吸入するための吸入用ポートとを有するポンプ装置を準備し、（Ｃ）前記第３の液溜内のガスを前記ポンプ装置で前記チャンバー内に吸入して、前記第１および第２の液溜から連続相となる液体および分散相となる液体を前記第１および第２のマイクロ流路を通じて前記第３の液溜に向けて流し、前記第３のマイクロ流路内に液滴を形成し、前記第３の液溜に分散相の液滴を連続相の液体とともに捕集することを特徴とする。

本発明によれば、液滴の生成速度を高くすることができ、かつ、小型化および静音化を図ることができる液滴製造装置および液滴の製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る液滴製造装置の概略構成図である。 同実施形態に係るマイクロ流体チップ、積層部材、および、ホルダー等の斜視図である。 同実施形態に係る液滴製造装置が備えるマイクロ流体チップの斜視図である。 図３のマイクロ流体チップが有する液溜およびマイクロ流路の配置を示す図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）はマイクロ流路の連結点付近の拡大図である。 同実施形態に係る液滴製造装置が備えるポンプ本体を示す図であって、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は断面斜視図である。 同実施形態に係る第３の液溜と連通部材との連通態様を示す断面図である。 （Ａ）は、実施例１に係るマイクロ流体チップを用いて生成される液滴の生成速度の時間変化を示すグラフであり、（Ｂ）は、実施例２に係るマイクロ流体チップを用いて生成される液滴の生成速度の時間変化を示すグラフである。 （Ａ）〜（Ｅ）は、実施例１に係るマイクロ流体チップを用いて生成された液滴の粒径を１μｍ毎に集計したヒストグラムである。 （Ａ）〜（Ｅ）は、実施例２に係るマイクロ流体チップを用いて生成された液滴の粒径を１μｍ毎に集計したヒストグラムである。

以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明に係る液滴製造装置１の全体構成を示している。
図１に示すように、液滴製造装置１は、マイクロ流体チップ１０と、ポンプ装置２０と、積層部材３０と、連通部材４０と、ホルダー５０とを備えている。

マイクロ流体チップ１０は、一定厚の板状のチップ本体１１と、チップ本体１１の下面１１Ａに貼り合わせられた一定厚の基板１２とを備えている。チップ本体１１は、ガスを吸蔵し得る合成樹脂であるＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）から形成され、基板１２は、ガラスから形成されている。チップ本体１１および基板１２は、例えば酸素プラズマ処理等の表面改質処理が接合面に施された上で強固に接着されることで、チップ本体１１と基板１２との間を気密シールした状態で貼り合わせられている。チップ本体１１には、液溜１３Ａ〜１３Ｃおよびマイクロ流路１４Ａ〜１４Ｃ（図３参照）が形成されている。チップ本体１１の詳細な構成は、図３および図４を参照して後述する。

ポンプ装置２０は、内部空間としてチャンバー２２が形成されたポンプ本体２０Ａと、ポンプ本体２０Ａの動作を制御するポンプコントローラ２０Ｂとを備えている。ポンプコントローラ２０Ｂは、外部電源（不図示）から電力の供給を受け、ポンプ本体２０Ａが備える圧電素子２５（図５（Ｂ）参照）に電力を供給する。また、ポンプコントローラ２０Ｂは、圧電素子２５に供給する電力の周波数または電圧を制御することで、ポンプ本体２０Ａの動作を制御する。ポンプ本体２０Ａの詳細な構成については、図５を参照して後述する。

積層部材３０は、チップ本体１１の上面１１Ｂに形成された第３の液溜１３Ｃの開口を覆うようにチップ本体１１に積層されている。積層部材３０は、硬質の合成樹脂から形成されている。積層部材３０には、連通部材４０の一部が挿し込まれている。積層部材３０の詳細な構成については、図６を参照して後述する。

連通部材４０は、積層部材３０に対して着脱可能に構成された固着具４１と、固着具４１に接続された可撓性を有するチューブ４２，４３とを備えている。固着具４１は、硬質の合成樹脂から形成され、チューブ４２，４３は、軟質の合成樹脂から形成されている。チューブ４２は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなるとともに、チューブ４３は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）からなり、チューブ４３は、チューブ４２よりも柔軟性に優れている。連通部材４０は、積層部材３０およびポンプ本体２０Ａに接続されて、第３の液溜１３Ｃおよびチャンバー２２を互いに連通させる。連通部材４０の詳細な構成については、図６を参照して後述する。

ホルダー５０は、マイクロ流体チップ１０の周縁部を下方から支持する下フレーム５１と、積層部材３０をマイクロ流体チップ１０に対して押さえ付ける上フレーム５２とを備えている。フレーム５１，５２は、金属から形成されている。おねじ部品（図示略）によりフレーム５１，５２が締結されることで、ホルダー５０は、マイクロ流体チップ１０および積層部材３０を挟んで保持している。

図２は、ホルダー５０により保持されたマイクロ流体チップ１０および積層部材３０の斜視図である。図２において、ホルダー５０は二点鎖線で図示している。
図２に示すように、積層部材３０は、棒状に形成されるとともに液溜１３Ａ，１３Ｂを覆わないように配置され、ホルダー５０は、マイクロ流体チップ１０と棒状の積層部材３０の両端部とを挟んでいる。こうして、液溜１３Ａ，１３Ｂが上方に向けて開口し、かつ、第３の液溜１３Ｃ（図３参照）が積層部材３０で覆われた状態が保持される。

図３は、マイクロ流体チップ１０の斜視図であり、図４は、マイクロ流体チップ１０の液溜１３Ａ〜１３Ｃおよびマイクロ流路１４Ａ〜１４Ｃの配置を示す図である。
図３に示すように、チップ本体１１は、連続相となる液体を溜める第１の液溜１３Ａと、分散相となる液体を溜める第２の液溜１３Ｂと、分散相の液滴および連続相の液体を捕集する第３の液溜１３Ｃとを有している。液溜１３Ａ〜１３Ｃは、それぞれチップ本体１１の下面１１Ａから上面１１Ｂに貫通する円柱状の穴により形成されている。第１の液溜１３Ａの容積は、第２の液溜１３Ｂの容積よりも大きく、第３の液溜１３Ｃの容積は、第１の液溜１３Ａの容積と第２の液溜１３Ｂの容積とを足し合わせたものよりも大きい。

また、チップ本体１１は、第１の液溜１３Ａの開口縁に連通する第１のマイクロ流路１４Ａと、第２の液溜１３Ｂの開口縁に連通する第２のマイクロ流路１４Ｂと、第３の液溜１３Ｃの開口縁に連通する第３のマイクロ流路１４Ｃとを有している。マイクロ流路１４Ａ〜１４Ｃは、それぞれ、チップ本体１１の下面１１Ａに設けられた微細な溝により形成されている。マイクロ流路１４Ａ〜１４Ｃは、液溜１３Ａ〜１３Ｃの底部から延びて一点（連結点Ｐ）で互いに連結している。

チップ本体１１の下面１１Ａに基板１２が貼り合わせられることで、その下面１１Ａに形成された液溜１３Ａ〜１３Ｃの開口およびマイクロ流路１４Ａ〜１４Ｃの開口が塞がれている。すなわち、基板１２は、チップ本体１１の下面１１Ａに形成された液溜１３Ａ〜１３Ｃおよびマイクロ流路１４Ａ〜１４Ｃを覆うようにチップ本体１１に貼り合わせられている。

図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、マイクロ流路１４Ａ〜１４Ｃは、互いにＴ字状に連結しており、それぞれ、その全長にわたって同じ高さ（深さ）を有するとともに、合流部である連結点Ｐに向かって先細り状に形成されている。具体的には、同一直線上で延びたマイクロ流路１４Ａ，１４Ｃは、連結点Ｐで互いに連結しており、第２のマイクロ流路１４Ｂは、マイクロ流路１４Ａ，１４Ｃに対して直交するように連結点Ｐでマイクロ流路１４Ａ，１４Ｃに連結している。マイクロ流路１４Ａ〜１４Ｃは、それぞれ、幅Ｄ１〜Ｄ３が一定であって連結点Ｐに向けて直線状に延びた幅広部分１５と、幅広部分１５から連結点Ｐに向けて次第に幅が狭くなるように形成されたテーパー部分１６と、幅Ｄ４〜Ｄ６が一定であってテーパー部分１６の先端から連結点Ｐまで直線状に延びた狭小部分１７とを有している。マイクロ流路１４Ａ〜１４Ｃのテーパー部分１６の長さＬ１〜Ｌ３は、それぞれ同じ大きさである。また、第３のマイクロ流路１４Ｃの狭小部分１７の長さＬ６は、マイクロ流路１４Ａ，１４Ｂの狭小部分１７の長さＬ４，Ｌ５に比べて長い。

図５は、ポンプ装置２０のポンプ本体２０Ａを示す図であって、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＡ−Ａ部の断面を示している。
図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、ポンプ本体２０Ａは、板状の筐体２１と、チャンバー２２と、ダイアフラム２３と、金属板２４と、圧電素子２５と、吸入用ポート２６と、吐出用ポート２７、吸入用逆止弁２８と、吐出用逆止弁２９とを有している。

筐体２１は、第１のケース部材２１Ａと、第２のケース部材２１Ｂと、ノズル形成部材２１Ｃとにより構成されている。ケース部材２１Ａ，２１Ｂの一部（図示略）は、ダイアフラム２３の周縁部を挟んで支持している。第１のケース部材２１Ａおよびダイアフラム２３は、金属板２４および圧電素子２５が収納される内部空間を形成し、第２のケース部材２１Ｂおよびダイアフラム２３は、ガスを移送するための内部空間であるチャンバー２２を形成している。第２のケース部材２１Ｂおよびノズル形成部材２１Ｃには、チャンバー２２内にガスを吸入するための吸入用ポート２６と、チャンバー２２内のガスを吐出するための吐出用ポート２７とが形成されている。また、ノズル形成部材２１Ｃには、吸入用ポート２６が形成された吸入ノズル２１Ｄと、吐出用ポート２７が形成された吐出ノズル２１Ｅとが設けられている。

ダイアフラム２３は、振動することでチャンバー２２の容積を変化させる。ダイアフラム２３には、圧電素子２５の振動をダイアフラム２３に伝達可能な金属板２４が設けられており、金属板２４には、当該金属板２４と電気的に接続された圧電素子２５が設けられている。圧電素子２５は、電力の供給を受けて金属板２４を介してダイアフラム２３を振動させる。ダイアフラム２３が振動することで、チャンバー２２の容積が増加と減少を繰り返す。吸入用ポート２６には、チャンバー２２の容積の増加時に開状態となって減少時に閉状態となる吸入用逆止弁２８が設けられており、吐出用ポート２７には、チャンバー２２の容積の増加時に閉状態となって減少時に開状態となる吐出用逆止弁２９が設けられている。したがって、ポンプ本体２０Ａは、吸入用ポート２６を通してチャンバー２２内にガスを吸入し、吐出用ポート２７を通してチャンバー２２内のガスを吐出する。

図６は、図１に示すマイクロ流体チップ１０、積層部材３０、および連通部材４０の拡大断面図である。
図６に示すように、積層部材３０は、第３の液溜１３Ｃの直上に配置される貫通孔３１を有している。また、積層部材３０は、連通部材４０の固着具４１がねじ込まれるめねじ部３２を有しており、固着具４１は、めねじ部３２にねじ込まれるおねじ部４１Ａを有している。めねじ部３２は、内周にめねじが形成されている凹部であって、めねじ部３２の最深部は、貫通孔３１に通じている。

連通部材４０のチューブ４２は、固着具４１を貫通しており、チューブ４２の一端は、貫通孔３１に向けて開口している。固着具４１は、フェラル用ナットであって、貫通孔３１に向けて開口しているチューブ４２の一端には、チューブ４２が固着具４１から抜けないように、貫通孔３１に向かうにつれて外径が大きくなるテーパー状のフェラル６１が設けられている。フェラル６１は、固着具４１を積層部材３０に取り付けることによって、固着具４１の内周とチューブ４２の外周との間に食い込む。チューブ４３は、チューブ４２とポンプ本体２０Ａの吸入ノズル２１Ｄ（図１参照）とを接続している。こうして、第３の液溜１３Ｃ内のガスは、積層部材３０の貫通孔３１、連通部材４０、および、吸入ノズル２１Ｄ内の吸入用ポート２６（図４（Ｂ）参照）を通して、チャンバー２２内に吸入可能に構成されている。

液滴製造装置１を用いた液滴の製造方法は、以下の工程（Ａ）〜（Ｃ）を備える。
（Ａ）板状のチップ本体１１と、チップ本体１１の下面１１Ａに貼り合わせられた基板１２とを備え、チップ本体１１が、連続相となる液体を溜める第１の液溜１３Ａと、分散相となる液体を溜める第２の液溜１３Ｂと、液滴を捕集する第３の液溜１３Ｃと、それぞれ液溜１３Ａ〜１３Ｃの底部から延びて一点で互いに連結したマイクロ流路１４Ａ〜１４Ｃとを有するマイクロ流体チップ１０を準備する工程
（Ｂ）内部空間としてチャンバー２２が形成されたポンプ本体２０Ａを備え、ポンプ本体２０Ａが、チャンバー２２を形成するダイアフラム２３と、電力の供給を受けてダイアフラム２３を振動させる圧電素子２５と、第３の液溜１３Ｃからチャンバー２２内にガスを吸入するための吸入用ポート２６とを有するポンプ装置２０を準備する工程
（Ｃ）第３の液溜１３Ｃ内のガスをポンプ装置２０でチャンバー２２内に吸入して、液溜１３Ａ，１３Ｂから連続相となる液体および分散相となる液体をマイクロ流路１４Ａ，１４Ｂを通じて第３の液溜１３Ｃに向けて流し、第３のマイクロ流路１４Ｃ内に液滴を形成し、第３の液溜１３Ｃに分散相の液滴を連続相の液体とともに捕集する工程

本実施形態によれば以下の効果が得られる。
（１）ポンプ装置２０の駆動、すなわち圧電素子２５の動作によるダイアフラム２３の振動によって、吸入用ポート２６で第３の液溜１３Ｃ内のガスをポンプ本体２０Ａのチャンバー２２に吸入し、第３の液溜１３Ｃ内の減圧を図ることができる。これにより、第３の液溜１３Ｃに通じるマイクロ流路１４Ａ〜１４Ｃでの液体の流れが速くなり、液滴の生成速度を高くすることができる。また、ポンプ装置２０は、ダイアフラム２３および圧電素子２５等を構成部品とするポンプ本体２０Ａにより構成されるため、一般的な電動機を備えたポンプ装置を送液手段として採用する構成に比べて、液滴製造装置１の小型化および静音化を図ることができる。

（２）圧電素子２５に供給する電力の周波数または電圧をポンプコントローラ２０Ｂで制御することにより、ダイアフラム２３の振動周波数または振幅を制御して、液滴の生成速度を変更することができる。

（３）可撓性を有するチューブ４２，４３を介して第３の液溜１３Ｃおよびチャンバー２２を互いに連通させることができるため、マイクロ流体チップ１０に対するポンプ本体２０Ａの配置の自由度を高めることができる。

（４）マイクロ流体チップ１０および積層部材３０が挟んで保持されるため、マイクロ流体チップ１０と積層部材３０との密着性を容易に維持することができ、第３の液溜１３Ｃ内の密封性を容易に確保することができる。

（５）チップ本体１１がガスを吸蔵し得る合成樹脂（ＰＤＭＳ）で形成されるため、チップ本体１１を予め脱気していた場合には、第３の液溜１３Ｃ内の一層の減圧を図ることができ、液滴の生成速度をさらに高くすることができる。

［マイクロ流体チップの作製］
（実施例１）
図３および図４に示したものと同様の構成を備えるマイクロ流体チップ１０を作製した。実施例１に係るマイクロ流体チップ１０の各部の寸法は次のとおりである。
・チップ本体１１：縦７０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ４ｍｍ
・基板１２：縦７６ｍｍ×横５２ｍｍ×厚さ１ｍｍ
・第１の液溜１３Ａの径：６ｍｍ
・第２の液溜１３Ｂの径：４ｍｍ
・第３の液溜１３Ｃの径：８ｍｍ
・マイクロ流路１４Ａ〜１４Ｃの各々の高さ：１００μｍ
・マイクロ流路１４Ａ〜１４Ｃの幅広部分１５の幅Ｄ１〜Ｄ３：２５０μｍ
・マイクロ流路１４Ａ〜１４Ｃの狭小部分１７の幅Ｄ４〜Ｄ６：１００μｍ
・マイクロ流路１４Ａ〜１４Ｃのテーパー部分１６の長さＬ１〜Ｌ３：３００μｍ
・マイクロ流路１４Ａ，１４Ｂの狭小部分１７の長さＬ４，Ｌ５：２００μｍ
・第３のマイクロ流路１４Ｃの狭小部分１７の長さＬ６：２ｍｍ

（実施例２）
マイクロ流路１４Ａ〜１４Ｃの高さ、およびマイクロ流路１４Ａ〜１４Ｃの狭小部分１７の幅Ｄ４〜Ｄ６を除いて、各部が実施例１と同様の寸法を有するマイクロ流体チップ１０を作製した。マイクロ流路１４Ａ〜１４Ｃの高さ、およびマイクロ流路１４Ａ〜１４Ｃの狭小部分１７の幅Ｄ４〜Ｄ６の寸法は次のとおりである。
・マイクロ流路１４Ａ〜１４Ｃの各々の高さ：７５μｍ
・マイクロ流路１４Ａ〜１４Ｃの狭小部分１７の幅Ｄ４〜Ｄ６：７５μｍ

［液滴製造装置の作製］
上記（実施例１）および（実施例２）のマイクロ流体チップ１０を用いて、液滴製造装置１を作製した。ポンプ本体２０Ａは、ピエゾマイクロポンプ（高砂電気工業（株）製：ＳＤＭＰ３０６）を使用し、ポンプコントローラ２０Ｂは、マイクロポンプコントローラ（高砂電気工業（株）製：ＭＰＣ−２００Ａ）を使用した。

［液滴生成速度の測定］
液滴製造装置１の液滴の生成速度を評価するために、圧電素子２５に６０Ｈｚの交流電力を供給して液滴の生成を開始し、高速度カメラで第３のマイクロ流路１４Ｃを撮影して、微小時間当たりに第３のマイクロ流路１４Ｃを通過する液滴の個数をカウントした。そして、そのカウント数に基づき、１秒間当たりに生成される液滴の個数を液滴生成速度［単位：Ｈｚ］として算出した。（実施例１）のマイクロ流体チップ１０を用いた場合の液滴生成速度の時間変化を図７（Ａ）に示し、（実施例２）のマイクロ流体チップ１０を用いた場合の液滴生成速度の時間変化を図７（Ｂ）に示す。

図７（Ａ）および（Ｂ）に示すように、液滴生成速度は、測定時間内において、ほぼ一定である。図７（Ａ）に示すように、（実施例１）のマイクロ流体チップ１０を用いた場合、液滴生成速度は約１０００Ｈｚであって、従来に比べて液滴を高速に生成することができた。毎秒約１０００個の液滴を生成することにより、液滴の生成開始から１７秒後の液滴生成総数は約１．７×１０^４個に到達した。また、図７（Ｂ）に示すように、（実施例２）のマイクロ流体チップ１０を用いた場合、液滴生成速度は約６００Ｈｚであって、流路抵抗が増加するために（実施例１）に比べて低速になるものの、従来に比べて液滴を高速に生成することができた。毎秒約６００個の液滴を生成することにより、液滴の生成開始から６０秒後の液滴生成総数は約３．６×１０^４個に到達した。

［粒径の測定］
液滴製造装置１により生成される液滴の直径（以下、「粒径」という）を評価するために、圧電素子２５に６０Ｈｚの交流電力を供給して液滴の生成を行い、生成された液滴から無作為に選ばれた約１０００個の液滴の粒径を測定し、その平均粒径および変動係数を算出した。また、これを５回繰り返した。（実施例１）のマイクロ流体チップ１０を用いた場合に生成された液滴の粒径のヒストグラムを図８（Ａ）〜（Ｅ）に示し、（実施例２）のマイクロ流体チップ１０を用いた場合に生成された液滴の粒径のヒストグラムを図９（Ａ）〜（Ｅ）に示す。

図８（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、（実施例１）のマイクロ流体チップ１０を用いた場合に生成される液滴の粒径は、ばらつきが少なかった。具体的には、図８（Ａ）〜（Ｅ）に係る液滴の平均粒径は、１２５．５μｍ、１２３．１μｍ、１２３．０μｍ、１２１．３μｍ、１２５．４μｍであり、変動係数は、１．９０％、２．５１％、１．６７％、２．２８％、１．８９％であった。また、図９（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、（実施例２）のマイクロ流体チップ１０を用いた場合に生成される液滴の粒径も、ばらつきが少なかった。具体的には、図９（Ａ）〜（Ｅ）に係る液滴の平均粒径は、９３．７μｍ、９５．８μｍ、９８．５μｍ、９７．１μｍ、９６．３μｍであり、変動係数は、３．４５％、３．３７％、２．４８％、２．６２％、２．２７％であった。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、上記構成を適宜変更することもできる。例えば、第３の液溜１３Ｃが積層部材３０で覆われた状態を維持することができるのであれば、マイクロ流体チップ１０および積層部材３０を挟むホルダー５０を省略してもよい。また、ホルダー５０の構成を適宜変更してもよい。

また、マイクロ流体チップ１０の直上にポンプ本体２０Ａを配置して、第３の液溜１３Ｃとチャンバー２２とを連通させることができるのであれば、連通部材４０を省略してもよい。また、連通部材４０の構成を適宜変更してもよい。例えば、チューブ４２，４３の形成材料を変更してもよく、チューブ４２，４３に代えて１本のチューブ（図示略）を用いて、第３の液溜１３Ｃ内のガスをチャンバー２２内に吸入するように構成してもよい。

また、チップ本体１１に基板１２を貼り合わせることができるのであれば、チップ本体１１および基板１２の接合面に表面改質処理を施して接着しなくてもよい。なお、チップ本体１１が吸着性に優れたＰＤＭＳで形成されていれば、ＰＤＭＳの強い自己吸着性により、チップ本体１１および基板１２を互いに接触させるだけで、両者を気密シールした状態で貼り合わせることができ、チップ本体１１と基板１２との間の気密性を容易に確保することができる。

また、液滴を生成することができるのであれば、マイクロ流体チップ１０の構成を適宜変更してもよい。例えば、チップ本体１１および基板１２の形成材料を適宜変更してもよい。また、マイクロ流体チップ１０が有する液溜１３Ａ〜１３Ｃおよびマイクロ流路１４Ａ〜１４Ｃの寸法および形状等を適宜変更してもよい。

１ 液滴製造装置
１０ マイクロ流体チップ
１１ チップ本体
１２ 基板
１３Ａ 第１の液溜
１３Ｂ 第２の液溜
１３Ｃ 第３の液溜
１４Ａ 第１のマイクロ流路
１４Ｂ 第２のマイクロ流路
１４Ｃ 第３のマイクロ流路
２０ ポンプ装置
２０Ａ ポンプ本体
２０Ｂ ポンプコントローラ
２２ チャンバー
２３ ダイアフラム
２５ 圧電素子
２６ 吸入用ポート
３０ 積層部材
４０ 連通部材
４１ 固着具
４２，４３ チューブ
５０ ホルダー

Claims (7)

1. マイクロ流体チップとポンプ装置とを備えた液滴製造装置であって、
   前記マイクロ流体チップは、板状のチップ本体と、前記チップ本体の下面に貼り合わせられた基板とを備え、
   前記チップ本体は、連続相となる液体を溜める第１の液溜と、分散相となる液体を溜める第２の液溜と、液滴を捕集する第３の液溜と、それぞれ前記第１〜第３の液溜の底部から延びて一点で互いに連結した第１〜第３のマイクロ流路とを有し、
   前記ポンプ装置は、内部空間としてチャンバーが形成されたポンプ本体を備え、
   前記ポンプ本体は、前記チャンバーを形成するダイアフラムと、電力の供給を受けて前記ダイアフラムを振動させる圧電素子と、前記第３の液溜から前記チャンバー内にガスを吸入するための吸入用ポートとを有する
   ことを特徴とする液滴製造装置。
2. 前記ポンプ装置は、前記圧電素子に電力を供給するポンプコントローラをさらに備え、
   前記ポンプコントローラは、前記圧電素子に供給する電力の周波数または電圧を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の液滴製造装置。
3. 前記第３の液溜を覆うように前記チップ本体の上面に積層された積層部材と、
   前記積層部材および前記ポンプ本体に接続されて前記第３の液溜および前記チャンバーを互いに連通させる連通部材とをさらに備える
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の液滴製造装置。
4. 前記連通部材は、前記積層部材に対して着脱可能に構成された固着具と、前記固着具に接続された可撓性を有するチューブとを備える
   ことを特徴とする請求項３に記載の液滴製造装置。
5. 前記マイクロ流体チップおよび前記積層部材を挟んで保持するホルダーをさらに備える
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の液滴製造装置。
6. 前記チップ本体は、ガスを吸蔵し得る合成樹脂で形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の液滴製造装置。
7. マイクロ流体チップを用いて液滴を生成する液滴の製造方法であって、
   （Ａ）板状のチップ本体と、前記チップ本体の下面に貼り合わせられた基板とを備え、前記チップ本体が、連続相となる液体を溜める第１の液溜と、分散相となる液体を溜める第２の液溜と、液滴を捕集する第３の液溜と、それぞれ前記第１〜第３の液溜の底部から延びて一点で互いに連結した第１〜第３のマイクロ流路とを有するマイクロ流体チップを準備し、
   （Ｂ）内部空間としてチャンバーが形成されたポンプ本体を備え、前記ポンプ本体が、前記チャンバーを形成するダイアフラムと、電力の供給を受けて前記ダイアフラムを振動させる圧電素子と、前記第３の液溜から前記チャンバー内にガスを吸入するための吸入用ポートとを有するポンプ装置を準備し、
   （Ｃ）前記第３の液溜内のガスを前記ポンプ装置で前記チャンバー内に吸入して、前記第１および第２の液溜から連続相となる液体および分散相となる液体を前記第１および第２のマイクロ流路を通じて前記第３の液溜に向けて流し、前記第３のマイクロ流路内に液滴を形成し、前記第３の液溜に分散相の液滴を連続相の液体とともに捕集する
   ことを特徴とする液滴の製造方法。

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