JP3694876B2

JP3694876B2 - マイクロ乳化器

Info

Publication number: JP3694876B2
Application number: JP2001158631A
Authority: JP
Inventors: 宣昭本田
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2001-05-28
Filing date: 2001-05-28
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2021-05-28
Also published as: JP2002346352A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大量のエマルジョンを均質に生成することのできる簡易な構造のマイクロ乳化器に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
水素添加魚油や牛脂等の高融点天然油脂を主成分とする固体微粒子は、例えば上記高融点天然油脂を高温にてマイクロチャネル乳化法を用いてエマルジョン化し、このエマルジョンを冷却して生成される。このようなエマルジョンの生成に用いられるマイクロ乳化器は、マイクロマシンニング技術を用いてシリコン基板等を加工して実現される。この種のマイクロ乳化器については、例えば文献「ケミカルエンジニアリング；２０００年６月号，４３３〜４４０頁」に詳しく紹介される。
【０００３】
具体的には上記マイクロ乳化器は、図６にその概略的な構造を示すようにシリコン基板１上に、そのモジュールの内側Ａと外側Ｂとを区画して所定高さのテラス２を形成し、このテラス２上に複数のチャネル壁３を並べて形成して各チャネル壁３間の隙間をチャネル４とした形状を有する。これらのチャネル４の形状とその大きさは、μｍオーダで制御され、例えば幅１４μｍ、高さ４μｍ程度に設定される。そして上記チャネル壁３の上部をガラス板（図示せず）等により覆い、モジュールの内側Ａに分散相（油）を所定の圧力で供給し、またモジュールの外側Ｂに連続相（水）を通流させる如く構成される。
【０００４】
するとモジュールの内側Ａに供給された分散相が、上記チャネル４を通過してその外側Ｂの連続相中に送り込まれる際、その界面張力が剪断力として作用して液滴化し、所定粒径の単分散エマルジョンが生成される。より具体的には、チャネル４を通過した分散相は、その界面張力により前記テラス２上を円盤状に広がり、テラス２を越えて該テラス２よりも深く堀り込まれた井戸部に到達すると、上記分散相は井戸部内に球状に広がって行き、これによって液滴化して剪断力が作用し、単分散エマルジョンが生成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述した構造のマイクロ乳化器においては、或る程度の量のエマルジョンを生成するだけであれば問題はないが、工業的に大量のエマルジョンを生成するには、チャネルを数を増やし、しかもその高密度化を図ることが必要となるので、その製造自体が困難となる。ちなみに上述した構造の複数のマイクロ乳化器を積層することにより、チャネル数を多くすることが考えられるが、その全体構造が複雑化する上、製作コストが高くなることが否めない。
【０００６】
本発明箱のような事情を考慮してなされたもので、その目的は、大量のエマルジョンを均質に生成するに適した簡易な構造の、しかも安価に製作することのできるマイクロ乳化器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係るマイクロ乳化器は、シリコン基板等の板状部材の一方の面に、一方向に延びる所定幅の複数本の第１のスリット孔を形成すると共に、上記板状部材の他方の面に、上記第１のスリット孔と交差する方向に延びて該第１のスリット孔との交差部に所定の大きさの開口部を形成する所定幅の複数の第２のスリット孔を形成した構造を有することを特徴としている。
【０００８】
本発明の好ましい態様は、前記第１のスリット孔と第２のスリット孔とをそれぞれ形成した板状部材を、前記第１のスリット孔と第２のスリット孔との交差部に形成された開口部を露出させて支持する所定の基台に固定した構造とすることが望ましい。
また好ましくは前記板状部材として、その接合界面に酸化膜を有して直接接合した３層構造の半導体基板、例えばＳＯＩが用いることが望ましい。また前記第１のスリット孔および第２のスリット孔の各幅については、生成しようとするエマルジョンの径に応じて設定すれば良い。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係るマイクロ乳化器について説明する。
図１はこの実施形態に係るマイクロ乳化器の要部概略構成を分解して示す斜視図である。このマイクロ乳化器は、板状部材１０の一方の面側（表面側）に一方向に延びる所定幅の複数の第１のスリット孔１１を、所定の深さに亘って形成すると共に、上記板状部材１０の他方の面側（裏面側）に、上記第１のスリット孔１１と交差する方向に延びる所定幅の複数の第２のスリット孔１２を、所定の深さに亘って形成し、図２に示すように上記第１のスリット孔１１と前記第２のスリット孔１２との交差部に所定の大きさの開口部１３を形成した構造を有する。
【００１０】
即ち、図１に板状部材１０を、その厚み方向に２分割した状態を示すように、第１のスリット孔１１は、上記板状部材１１における上側の所定の厚み領域１０ａに該領域１０ａを貫通するように設けられ、また第２のスリット孔１２は前記板状部材１１における下側の所定の厚み領域１０ｂに該領域１０ｂを貫通するように設けられている。そしてこれらの各スリット孔１１,１２は、その底部における交差部にて連通し、該スリット孔１１,１２の各スリット幅により規定される所定の形状・大きさの開口部１３を形成するものとなっている。
【００１１】
ちなみに上記第１および第２のスリット孔１１,１２は、例えば前記板状部材１０の表裏面にそれぞれ所定の配列ピッチで複数本平行に設けられるものであって、各スリット孔１１,１２の幅は、乳化対象とする分散相（油）の性状にもよるが、そのエマルジョンの大きさに応じて数μｍ程度に設定される。そしてこれらの各スリット孔１１,１２は互いに交差させて設けられ、具体的には直交させて設けられてその交差部に数μｍ角程度の微小な開口部１３を形成するものとなっている。
【００１２】
そして前記板状部材１０は、例えばその上面側（表面側）に通流される連続相（水）と、その下面側（裏面側）に所定の圧力で供給される分散相（油）との隔壁をなし、その上下面方向にマイクロ乳化機能を呈する。そして上記圧力によって分散相（油）が前記各開口部１３を介して連続相（水）側に押し出される際、該分散相を液滴化して、その単分散エマルジョンを生成する役割を担う。ちなみに連続相（水）は、板状部材１０の表面に沿って前記第１のスリット孔１１と直交する方向に連続して通流される。そしてこのマイクロ乳化器においては前記第１のスリット孔１１の壁面が、前記開口部１３を介して押し出された分散相を剪断して液滴化し、単分散エマルジョンを生成するテラスとして機能する。
【００１３】
かくしてこのように構成されるマイクロ乳化器においては、板状部材１０の表裏面にそれぞれ形成される第１の第１のスリット孔１１と第２のスリット孔１２とのアライメントに多少のずれが生じても、図２(ａ)(ｂ)にそれぞれ示すように、これらの第１および第２のスリット孔１１,１２の交差部に形成される開口部１３の大きさが変化することがない。換言すれば第１および第２のスリット孔１１,１２のスリット幅をそれぞれ高精度に設定しておくことだけで、開口部１３の大きさを高精度に規定することができる。従って大きさおよび寸法が高精度に規定された開口部１３を介して、粒子径の揃った単分散エマルジョンを効果的に生成することが可能となる。
【００１４】
特に上述した開口部１３については、例えば図３(ａ)〜(ｃ)にそれぞれ概略的に示すように、板状部材１０の表裏面にそれぞれ平行に設けた複数本の長いスリット孔１１,１２として、或いはアライメントのずれを許容し得る範囲の所定の長さのスリット孔１１,１２としてそれぞれ形成しておくだけ、所定の配列で一括して多数形成することができる。従って大量のエマルジョンを均質に生成する上で必要となる数多くの開口部１３を一括して精度良く形成することができ、その製造自体が容易である。また構造的にも非常に簡単である。従って大量のエマルジョンを均質に生成するに適した簡易な構造の、しかも安価に製作することのできるマイクロ乳化器を実現することができる。
【００１５】
尚、上述した構造のマイクロ乳化器を実現するに際しては、例えば図４にその概略的な断面構造を示すように、例えば板状部材１０を枠型形状をなす所定の基台２０上に接合し、板状部材１０の表裏面にそれぞれ設けた前記スリット孔１１,１２が形成した開口部１３を露出させた状態で、上記基台２０により前記板状部材１０を支持し、その機械的強度を確保することが望ましい。
【００１６】
また前述した第１および第２のスリット孔１１,１２により開口部１３を形成したマイクロ乳化器を製造するに際しては、例えば図５に示すように２層のＳi基板４１,４２を酸化膜（例えばＳiＯ₂）４３を介して直接接合したＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウェハ４４を板状部材１０として用い、上記酸化膜（ＳiＯ₂）４３をエッチングストップ層として、その両面から上記Ｓi基板４１,４２をそれぞれエッチングして第１および第２のスリット孔１１,１２を形成すれば良い。これらの各Ｓi基板４１,４２のエッチングによる第１および第２のスリット孔１１,１２の形成については、高密度プラズマエッチング（ＩＣＰエッチング）を用いるようにすれば良い。
【００１７】
このようにしてＳＯＩウェハ４４を、その両面からそれぞれ高密度プラズマエッチングして第１および第２のスリット孔１１,１２をそれぞれ形成するに際してそのアライメントに多少のずれが生じても、前述したように第１および第２のスリット孔１１,１２との間に前述した開口部１３を高精度に形成することができ、その製作コストを安価に押さえることが可能となる。しかも複数の開口部１３を高密度に形成することも容易である。
【００１８】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。ここではＳi基板をディープエッチングして第１および第２のスリット孔１１,１２をそれぞれ形成するものとしたが、例えばＮiやＡu等からなる金属膜のメッキ技術と、該金属膜のフォトリソグラフィによる選択的なエッチングや選択成長技術等を利用して互いに交差する第１および第２のスリット孔１１,１２を形成することも可能である。また種々の半導体基板上にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の手法を用いて選択的に所定厚みの半導体層を形成して第１および第２のスリット孔１１,１２を形成することも可能である。
【００１９】
また開口部１３については、第１および第２のスリット孔１１,１２を直交させて形成することが好ましいが、必ずしも直交させる必要はない。但し、この場合には、第１および第２のスリット孔１１,１２間のアライメントのずれに対する許容範囲が狭くなることが否めない。また第１のスリット孔１１を形成する板状部材１０の厚み（深さ）については、開口部１３を介して押し出された分散相を剪断して液滴化し、単分散エマルジョンを生成する上で必要なテラスの長さを確保し得るように定めればよい。
【００２０】
更には必要に応じて第１および第２のスリット孔１１,１２の各内壁面に、分散相（油）に対する表面張力を調整する為のコーティングを施すようにしても良い。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、板状部材の上下面に、互いに交差する向きの所定幅のスリット孔をそれぞれ形成し、これらの各スリット孔の交差部に所定の大きさの開口部を形成して、前記板状部材の上下方向にエマルジョンを形成する為のチャネルを形成した構造を有するので、大量のエマルジョンを均質に生成するに適した簡易な構造のマイクロ乳化器を実現することができる。しかもその製造が容易であり、互いに交差する第１のスリット孔と第２のスリット孔との間のアライメントに多少のずれに拘わることなく、その開口部を高精度に形成することができるので、その実用的利点が絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るマイクロ乳化器の概略構成を分解して示す斜視図。
【図２】図１に示すマイクロ乳化器における第１のスリット孔と第２のスリット孔との間に形成される開口部を示す図。
【図３】図１に示すマイクロ乳化器における第１のスリット孔および第２のスリット孔の形成パターンの例を示す図。
【図４】図１に示すマイクロ乳化器の基台による支持構造を示す断面図。
【図５】図１に示すマイクロ乳化器の具体的に製造方法を示す図。
【図６】従来より提唱されているマイクロ乳化器の要部概略構成を示す斜視図。
【符号の説明】
１０板状部材
１１第１のスリット孔
１２第２のスリット孔
１３開口部
２０基台
４４ＳＯＩウェハ

Claims

板状部材と、
この板状部材の一方の面に形成された一方向に延びる所定幅の第１のスリット孔と、
前記板状部材の他方の面に形成され、前記第１のスリット孔と交差する方向に延びて該第１のスリット孔との交差部に所定の大きさの開口部を形成する所定幅の第２のスリット孔と
を具備したことを特徴とするマイクロ乳化器。
前記第１のスリット孔および第２のスリット孔は、前記板状部材の表裏面にそれぞれ複数本平行に設けられるものである請求項１に記載のマイクロ乳化器。
前記第１および第２のスリット孔をそれぞれ形成した前記板状部材は、前記第１のスリット孔と第２のスリット孔との交差部に形成された開口部を露出させて、所定の基台に固定支持されるものである請求項１に記載のマイクロ乳化器。
前記板状部材は、その接合界面に酸化膜を有して直接接合された３層構造の半導体基板からなる請求項１に記載のマイクロ乳化器。
前記第１のスリット孔および第２のスリット孔の各幅は、生成しようとするエマルジョンの径に応じて設定されるものである請求項１に記載のマイクロ乳化器。