JP4226634B2

JP4226634B2 - Microreactor

Info

Publication number: JP4226634B2
Application number: JP2007086917A
Authority: JP
Inventors: 典久妹尾; 嘉昭山田
Original assignee: 財団法人岡山県産業振興財団
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: JP2008238146A

Description

この発明は、マイクロ化学プロセスにおいて使用される微細流路構造を持つ「マイクロリアクター」や、さらにその機能を集積した「Ｌａｂ−ｏｎ−ａ−Ｃｈｉｐ」、マイクロ分析システムに使用される「μ−ＴＡＳ(Micro Total Analysis Systemの略)」の機能に関し、特には、複数成分で構成される微液滴やマイクロカプセルを任意の断面形状で生成する「マイクロリアクター」、「μ−ＴＡＳ」、「Ｌａｂ−ｏｎ−ａ−Ｃｈｉｐ」に関するものである。 The present invention relates to a “microreactor” having a microchannel structure used in a microchemical process, a “Lab-on-a-Chip” integrated with its functions, and a “μ-TAS” used in a microanalysis system. (Micro Total Analysis System) ”, in particular,“ microreactor ”,“ μ-TAS ”,“ Lab- ”, which generates microdroplets and microcapsules composed of a plurality of components in an arbitrary cross-sectional shape. on-a-Chip ".

薬品や化粧品、さらには食品の分野においては近年、マイクロリアクター等を利用して単成分の微液滴やマイクロカプセルを生成する研究が進められており、このようにマイクロリアクター等を利用して単成分の微液滴やマイクロカプセルを生成する方法としては、例えば「交差流路を用いる方法」（特許文献１参照）や「微小孔噴出方法」等が提案されている。 In recent years, in the field of medicine, cosmetics, and even food, research has been conducted on the production of single-component microdroplets and microcapsules using a microreactor and the like. As a method for generating component microdroplets and microcapsules, for example, a “method using a crossing channel” (see Patent Document 1), a “microhole ejection method”, and the like have been proposed.

交差流路を用いる方法としては例えば、図１３（ａ）に示す如き、Ｔ字型交差流路を用いるものや、図１３（ｂ）に示す如き、Ｙ字型交差流路を用いるもの、そして図１３（ｃ）に示す如き、フォーク状交差流路を用いるものが知られており、Ｔ字型交差流路を用いる方法は、パイプまたは溝を利用して主流用流路１と副流用流路２とがＴ字型に交差した流路を形成し、主流用流路１に主流３を通すとともに副流用流路２に副流４を通して、副流４を主流３で断続的に引きちぎるようにして微液滴５やマイクロカプセルを生成するものである。 As a method using a cross flow path, for example, as shown in FIG. 13 (a), using a T-shaped cross flow path, using a Y-shaped cross flow path as shown in FIG. 13 (b), and As shown in FIG. 13 (c), a method using a fork-shaped cross flow channel is known. The method using a T-shaped cross flow channel uses a pipe or a groove to make the main flow flow channel 1 and the secondary flow flow. A channel intersecting with the channel 2 in a T-shape is formed so that the main stream 3 is passed through the main stream path 1 and the sub stream 4 is passed through the sub stream path 2 so that the sub stream 4 is intermittently broken by the main stream 3. Thus, the fine droplets 5 and the microcapsules are generated.

また、Ｙ字型交差流路を用いる方法は、パイプまたは溝を利用して主流用流路１と副流用流路２とがＹ字型に交差した流路を形成し、主流用流路１に主流３を通すとともに副流用流路２に副流４を通して、副流４を主流３で断続的に引きちぎるようにして微液滴５やマイクロカプセルを生成するもので、Ｔ字型と比較すると微液滴形状の安定性が低い。 Further, the method using the Y-shaped crossing flow path uses a pipe or a groove to form a flow path in which the main flow flow path 1 and the subflow flow path 2 intersect each other in a Y shape. In this way, the liquid droplets 5 and the microcapsules are generated by passing the substream 4 through the mainstream 3 and the substream 4 through the substream 4 intermittently. The stability of the microdroplet shape is low.

さらに、フォーク状交差流路を用いる方法は、パイプまたは溝を利用して主流用流路１と副流用流路２とが三股のフォーク状に交差した流路を形成し、両外側の主流用流路１に主流３を通すとともに中央の副流用流路２に副流４を通して、副流４を主流３で断続的に引きちぎるようにして微液滴５やマイクロカプセルを生成するもので、Ｙ字型と比較すると微液滴形状の安定性が改善されている。 Further, in the method using the fork-shaped intersecting flow path, a main flow flow path 1 and a secondary flow flow path 2 are formed in a three-fork crossed shape using pipes or grooves, and the main flow for both outer sides is used. The main stream 3 is passed through the channel 1 and the substream 4 is passed through the central sidestream channel 2 so that the substream 4 is intermittently torn off in the main stream 3 to generate microdroplets 5 and microcapsules. Y Compared with the letter shape, the stability of the droplet shape is improved.

一方、微小孔噴出方法は、例えば図１４に示す如き、主流用流路１と副流用流路２とが並行していて、主流用流路１に副流用流路２の端部が微小孔６を介して連通した構造の流路を形成し、主流用流路１に主流３を通すとともに副流用流路２に副流４を通して、微小孔６から主流３内に噴出する副流４を主流３で断続的に引きちぎるようにして微液滴５やマイクロカプセルを生成するもので、微小孔６を多数設けることで微液滴やマイクロカプセルを量産することができる。
特開２００６−０５１４１０号公報 On the other hand, as shown in FIG. 14, for example, as shown in FIG. 14, the main hole channel 1 and the substream channel 2 are arranged in parallel, and the end of the substream channel 2 is a microhole in the main channel 1. 6 is formed, and the main flow 3 is passed through the main flow passage 1 and the sub flow 4 is passed through the sub flow passage 2, and the sub flow 4 ejected into the main flow 3 from the micro holes 6 is formed. The fine droplets 5 and the microcapsules are generated so as to be intermittently torn off in the main flow 3. By providing a large number of the fine holes 6, the fine droplets and the microcapsules can be mass-produced.
JP 2006-051410 A

しかしながらこれら「交差流路を用いる方法」や「微小孔噴出方法」では単成分の微液滴しか生成できず、複数成分で構成される微液滴やマイクロカプセルを所望の構成や構造で多量に生成する方法は未だ提案されていない。 However, these “methods using crossing channels” and “micro-hole ejection method” can only produce single-component microdroplets, and a large number of micro-droplets and microcapsules composed of multiple components with the desired configuration and structure. A generation method has not yet been proposed.

複数成分で構成される微液滴やマイクロカプセルを所望の構成や構造で多量に生成することが可能になれば、微液滴やマイクロカプセルの機能（例えばＤＤＳ（ドラッグデリバリーシステム）の徐効性や複合機能等）を飛躍的に向上させることが可能であり、将来、薬品、化粧品、食品等の分野で不可欠な技術となると予測される。 If it is possible to produce a large number of microdroplets and microcapsules composed of a plurality of components with a desired configuration and structure, the function of the microdroplets and microcapsules (for example, DDS (drug delivery system) slow effect) And composite functions, etc.) can be dramatically improved, and is expected to become an indispensable technology in the fields of medicine, cosmetics, foods and the like in the future.

それゆえこの発明は、複数成分で構成される微液滴やマイクロカプセルを所望の構成や構造で多量に生成することが可能なマイクロリアクターの構造を提案することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to propose a microreactor structure capable of generating a large amount of microdroplets and microcapsules composed of a plurality of components with a desired configuration and structure.

この発明は、上記課題を有利に解決するものであり、この発明のマイクロリアクターは、第１のプレートにそのプレートに沿って延在するよう形成された主流用流路と、第２のプレートにそのプレートに沿って延在するよう形成された複数本の副流用流路と、前記第１のプレートおよび前記第２のプレートに重なってそれら第１および第２のプレート間に位置する第３のプレートにその厚み方向へ延在するように形成され、少なくとも一端部に位置する所定配置の複数の開口部が前記複数本の副流用流路に連通するとともに他端部が前記主流用流路に連通し、前記複数本の副流用流路からの流体を互いに合体させて平行流として前記主流用流路内に流入させる副流合体用流路と、を具えてなるものである。 The present invention advantageously solves the above problems, and the microreactor of the present invention includes a main flow channel formed on the first plate so as to extend along the plate, and a second plate. A plurality of sub-flow channels formed to extend along the plate, and a third channel positioned between the first and second plates so as to overlap the first plate and the second plate The plate is formed to extend in the thickness direction of the plate, and a plurality of openings of a predetermined arrangement located at least at one end communicate with the plurality of subflow channels and the other end serves as the main flow channel. And a sub-flow coalescence flow channel that allows fluids from the plurality of sub-flow flow channels to merge with each other and flow into the main flow flow channel as a parallel flow .

かかる構成にあっては、第１のプレートおよび第２のプレートに重なってそれら第１および第２のプレート間に位置する第３のプレートにその厚み方向へ延在するように形成された副流合体用流路の少なくとも一端部の開口部を含む複数の開口部を介して、第２のプレートにそのプレートに沿って延在するよう形成された複数本の副流用流路からその副流合体用流路に流入した複数成分の副流が、その副流合体用流路内でそれら複数の開口部の配置に応じた構成や構造で互いに合体して並んで流れる平行流となってその副流合体用流路の他端部から、第１のプレートにそのプレートに沿って延在するよう形成された主流用通路の主流内に流入し、その主流で断続的に引きちぎられることで、複数成分で構成される微液滴やマイクロカプセルが生成される。 In such a configuration, the substream formed so as to overlap the first plate and the second plate and extend in the thickness direction of the third plate located between the first and second plates. From the plurality of subflow channels formed on the second plate so as to extend along the plate through a plurality of openings including at least one opening of the coalescence channel, the subflow coalesced The substreams of a plurality of components flowing into the flow channel become parallel flows that flow side by side with each other in the configuration and structure according to the arrangement of the plurality of openings in the subflow coalescence channel. By flowing into the main flow of the main flow passage formed so as to extend along the first plate from the other end of the flow channel for joining, and being intermittently torn off by the main flow, a plurality of Microdroplets and microcapsules composed of ingredients It is made.

従ってこの発明のマイクロリアクターによれば、複数成分で構成される微液滴やマイクロカプセルを所望の構成や構造で生成することができるとともに、その副流合体用流路を多数設けることで容易に、上記複数成分で構成される微液滴やマイクロカプセルを多量に生成することができる。 Therefore, according to the microreactor of the present invention, microdroplets and microcapsules composed of a plurality of components can be generated with a desired configuration and structure, and easily provided by providing a large number of sub-merging channels. A large amount of fine droplets and microcapsules composed of the above-mentioned plural components can be generated.

以下、この発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１（ａ）は、この発明のマイクロリアクターの一実施形態を示す縦断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）中のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図中符号１は主流用流路、２Ａ，２Ｂは副流用流路、３は主流、４Ａ，４Ｂは副流、５は微液滴をそれぞれ示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, FIG. 1A is a longitudinal sectional view showing an embodiment of the microreactor of the present invention, FIG. 1B is a sectional view taken along the line AA in FIG. In the figure, reference numeral 1 is a main flow path, 2A and 2B are subflow paths, 3 is a main flow, 4A and 4B are subflows, and 5 is a fine droplet.

この実施形態のマイクロリアクターは、ＳＢＳ（サイドバイサイド）型の微液滴を生成するためのもので、互いに重ねられて固定された、第２のプレートとしてのベースプレートＰ１，第３のプレートとしてのオリフィスプレートＰ２，第１のプレートとしてのスペーサープレートＰ３，およびカバープレートＰ４の四枚のプレートを具えており、ベースプレートＰ１には、そのベースプレートＰ１の図では上面に図では紙面と直角方向に互いに並行して延在するよう形成されてオリフィスプレートＰ２で蓋をされた二本の溝によって二本の副流用流路２Ａ，２Ｂが設けられている。

The microreactor of this embodiment is for generating SBS (side-by-side) type fine droplets, and is superposed on each other and fixed as a base plate P1 as a second plate and an orifice plate as a third plate The base plate P1 includes four plates, P2, a spacer plate P3 as a first plate , and a cover plate P4. The base plate P1 is parallel to each other in a direction perpendicular to the drawing surface of the base plate P1. Two subflow channels 2A and 2B are provided by two grooves formed to extend and covered with the orifice plate P2.

オリフィスプレートＰ２には、そのオリフィスプレートＰ２の図１（ａ）では下面から上面まで貫通するよう形成された貫通孔によって、図１（ａ）では紙面と直角方向に並んだ複数本（図では四本）の副流合体用流路７が設けられ、ここで、各副流合体用流路７の下端部は二本の副流用流路２Ａ，２Ｂに跨るように拡径され、これにより各副流合体用流路７の下端部は、互いに横並びに位置して二本の副流用流路２Ａ，２Ｂにそれぞれ連通する開口部７ａ，７ｂを有している。 In the orifice plate P2, in FIG. 1A, a plurality of orifice plates P2 are formed so as to penetrate from the lower surface to the upper surface, and in FIG. The secondary flow merge channel 7 is provided, and the lower end portion of each secondary flow merge channel 7 is expanded so as to straddle the two secondary flow channels 2A and 2B. The lower end portion of the subflow coalescence channel 7 has openings 7a and 7b that are located side by side and communicate with the two subflow channels 2A and 2B, respectively.

スペーサープレートＰ３には、図１（ａ）では紙面と直角方向の中央部に図１（ａ）では左右方向へ延在するよう形成されてオリフィスプレートＰ２とカバープレートＰ４とにより上下を蓋された空間により一本の扁平な主流用流路１が設けられ、各副流合体用流路７の上端部７ｃは縮径されて、その主流用流路１に連通している。 The spacer plate P3 is formed so as to extend in the center in the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1 (a) so as to extend in the left-right direction in FIG. 1 (a), and is covered with the orifice plate P2 and the cover plate P4. One flat main flow channel 1 is provided by the space, and the upper end portion 7 c of each sub-merging flow channel 7 is reduced in diameter and communicated with the main flow channel 1.

かかる実施形態のマイクロリアクターにあっては、図中矢印で示すように、二本の副流用流路２Ａ，２Ｂの端部にそれぞれ設けられた副流入口２ａ，２ｂから互いに成分が異なる副流４Ａ，４Ｂが二本の副流用流路２Ａ，２Ｂに流入すると、それらの副流４Ａ，４Ｂが副流用流路２Ａ，２Ｂから各副流合体用流路７内に下端部の開口部７ａ，７ｂを介して流入し合体して平行流となり、各副流合体用流路７の上端部７ｃで絞られて主流用通路１の主流３内に吐出され、主流３で断続的に引きちぎられることで、図１（ｃ）に示すように、二成分で構成されるＳＢＳ型の微液滴５が生成される。なお、ここでは副流合体用流路７が複数本（図では四本）並んでいるので、同時に複数個（図示例では四個）ずつ微液滴５が生成される。 In the microreactor of this embodiment, as indicated by the arrows in the figure, the substreams having different components from the subinflow ports 2a and 2b provided at the ends of the two substream channels 2A and 2B, respectively. When 4A and 4B flow into the two subflow channels 2A and 2B, the substreams 4A and 4B are opened from the subflow channels 2A and 2B into the subflow coalescence channels 7 at the lower end opening 7a. , 7b and combined to form a parallel flow, which is squeezed at the upper end portion 7c of each sub-flow merge channel 7 and discharged into the main flow 3 of the main flow passage 1, and is intermittently broken by the main flow 3. As a result, as shown in FIG. 1C, the SBS type fine droplet 5 composed of two components is generated. Here, since a plurality of (four in the figure) side-by-side merging channels 7 are arranged, a plurality (four in the illustrated example) of microdroplets 5 are generated simultaneously.

従って、この実施形態のマイクロリアクターによれば、二成分で構成されるＳＢＳ型の微液滴５を多量に生成することができる。 Therefore, according to the microreactor of this embodiment, it is possible to generate a large amount of SBS type microdroplets 5 composed of two components.

図２（ａ）は、上記実施形態の一変形例を示す縦断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、図中、先の実施形態と同様の部分はそれと同一の符号にて示す。 2A is a longitudinal sectional view showing a modification of the above embodiment, and FIG. 2B is a sectional view taken along line BB in FIG. 2A. Portions similar to those in the embodiment are denoted by the same reference numerals.

この変形例のマイクロリアクターは、副流用流路２Ａ，２Ｂが交互に四本ずつ設けられて、二本の副流用流路２Ａ，２Ｂの組が七組作られ、各組に対して五本または四本ずつ副流合体用流路７が設けられることで、合計三十二本の副流合体用流路７が並べられて設けられている点のみ先の実施形態と異なっており、他の点では同様に構成されている。 In the microreactor of this modified example, four substream channels 2A and 2B are alternately provided, and seven groups of two substream channels 2A and 2B are formed, and five groups are provided for each group. Or, by providing four sub-flow coalescence channels 7 by four, a difference from the previous embodiment is that only thirty-two sub-flow coalescence channels 7 are provided side by side. In this respect, the configuration is the same.

この変形例のマイクロリアクターによれば、図２（ｃ）に示すように、二成分で構成されるＳＢＳ型の微液滴５が三十二個同時に生成されるので、微液滴５をより多量に生成することができる。 According to the microreactor of this modified example, as shown in FIG. 2C, thirty-two SBS-type microdroplets 5 composed of two components are simultaneously generated. It can be produced in large quantities.

図３（ａ）は、この発明のマイクロリアクターの他の一実施形態を示す縦断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）中のＣ−Ｃ線に沿う断面図、図３（ｃ）は、図３（ａ）中のＤ−Ｄ線に沿う断面図であり、図中、先の実施形態と同様の部分はそれと同一の符号にて示す。 3 (a) is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the microreactor of the present invention, FIG. 3 (b) is a sectional view taken along the line CC in FIG. 3 (a), and FIG. FIG. 3C is a cross-sectional view taken along the line DD in FIG. 3A, in which the same parts as those in the previous embodiment are denoted by the same reference numerals.

この実施形態のマイクロリアクターは、ＳＣ（シース／コア）型の微液滴を生成するためのもので、互いに重ねられて固定されたベースプレートＰ１，二枚のオリフィスプレートＰ２Ａ，Ｐ２Ｂ，スペーサープレートＰ３，カバープレートＰ４の五枚のプレートを具えており、ベースプレートＰ１には、そのベースプレートＰ１の図では上面に図では左端から中央部にかけて延在するよう形成されてオリフィスプレートＰ２Ｂで蓋をされた溝によって扇状に広がる副流用流路２Ｂおよび矩形の副流溜め部２Ｃが設けられている。 The microreactor of this embodiment is for generating SC (sheath / core) type micro droplets, and is a base plate P1, two orifice plates P2A, P2B, a spacer plate P3, which are fixed to each other. The base plate P1 is provided with five plates of a cover plate P4. The base plate P1 is formed by a groove formed on the top surface of the base plate P1 so as to extend from the left end to the center in the drawing and covered with the orifice plate P2B. A side-flow channel 2B and a rectangular side-flow reservoir 2C that extend in a fan shape are provided.

二枚のオリフィスプレートＰ２Ａ，Ｐ２Ｂのうち下側のオリフィスプレートＰ２Ｂには、そのオリフィスプレートＰ２Ｂの図３（ａ）では上面に同図では右端から中央部にかけて延在するよう形成されてオリフィスプレートＰ２Ａで蓋をされた溝によって扇状に広がる副流用流路２Ａおよび矩形の副流溜め部２Ｄが設けられている。また、このオリフィスプレートＰ２Ｂには、そのオリフィスプレートＰ２Ｂを図３（ａ）では上下方向に貫通する貫通孔によって、各々ベースプレートＰ１の副流溜め部２Ｃに開口する下端部と当該オリフィスプレートＰ２Ｂの副流溜め部２Ｄに開口する上端部とを有して当該オリフィスプレートＰ２Ｂの左右方向および奥行き方向に並んだ複数本（図では十二本）の連通路２Ｅが設けられており、各連通路２Ｅの上端部は縮径されている。 Of the two orifice plates P2A and P2B, the lower orifice plate P2B is formed so as to extend from the upper surface in FIG. 3A of the orifice plate P2B from the right end to the central portion in FIG. A side flow passage 2A and a rectangular side flow reservoir 2D are provided which expand in a fan shape by a groove covered with a. In addition, the orifice plate P2B includes a lower end portion that opens to the sub-flow reservoir portion 2C of the base plate P1 and a sub-portion of the orifice plate P2B through through-holes that penetrate the orifice plate P2B in the vertical direction in FIG. There are provided a plurality (twelve in the figure) of communication passages 2E that are arranged in the left-right direction and the depth direction of the orifice plate P2B and have an upper end portion that opens to the flow reservoir portion 2D. The upper end of the is reduced in diameter.

二枚のオリフィスプレートＰ２Ａ，Ｐ２Ｂのうち上側のオリフィスプレートＰ２Ａには、そのオリフィスプレートＰ２Ａの図３（ａ）では下面から上面まで貫通するよう形成された貫通孔によって、当該オリフィスプレートＰ２Ａの左右方向および奥行き方向に並んだ複数本（図では十二本）の副流合体用流路７が設けられ、これらの副流合体用流路７は、図３（ｄ）にその一本分を示すように、オリフィスプレートＰ２Ｂの左右方向および奥行き方向に並んだ複数本（図では十二本）の連通路２Ｅと、図３（ａ）では上下方向にそれぞれ整列して互いに同心に位置している。そして、各副流合体用流路７の下端部は拡径され、これにより各副流合体用流路７の下端部は、互いに同心に位置して二本の副流用流路２Ａ，２Ｂにそれぞれ連通する開口部７ｄ，７ｅを有している。 Of the two orifice plates P2A and P2B, the upper orifice plate P2A has a left-right direction of the orifice plate P2A by a through hole formed so as to penetrate from the lower surface to the upper surface in FIG. 3A of the orifice plate P2A. In addition, a plurality (twelve in the figure) of sub-joining channels 7 arranged in the depth direction are provided, and these sub-joining channels 7 are shown in FIG. 3 (d). As described above, a plurality (twelve in the figure) of communication passages 2E arranged in the left-right direction and the depth direction of the orifice plate P2B are aligned with each other in the vertical direction in FIG. . Then, the lower end portion of each sub-flow coalescence channel 7 is expanded in diameter, so that the lower end portions of each sub-flow coalescence channel 7 are located concentrically with each other to the two sub-flow channels 2A and 2B. Openings 7d and 7e that communicate with each other are provided.

スペーサープレートＰ３には、図３（ａ）では紙面と直角方向の中央部に図３（ａ）では左右方向へ延在するよう形成されてオリフィスプレートＰ２ＡとカバープレートＰ４とにより上下を蓋された空間により一本の扁平な主流用流路１が設けられ、各副流合体用流路７の上端部７ｃは縮径されて、その主流用流路１に連通している。 The spacer plate P3 is formed so as to extend in the center in the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 3A and extend in the left-right direction in FIG. 3A, and is covered by the orifice plate P2A and the cover plate P4. One flat main flow channel 1 is provided by the space, and the upper end portion 7 c of each sub-merging flow channel 7 is reduced in diameter and communicated with the main flow channel 1.

かかる実施形態のマイクロリアクターにあっては、図中矢印で示すように、二本の副流用流路２Ａ，２Ｂの端部にそれぞれ設けられた副流入口から互いに成分が異なる副流４Ａ，４Ｂが二本の副流用流路２Ａ，２Ｂに流入すると、副流４Ａが副流用流路２Ａを経て副流溜め部２Ｄから各副流合体用流路７内に下端部の開口部７ｄを介して流入し、同時に副流４Ｂが副流用流路２Ｂを経て副流溜め部２Ｃから各連通路２Ｅを通り各副流合体用流路７内に下端部の開口部７ｅを介して流入し合体して同心流となり、各副流合体用流路７の上端部７ｃで絞られて主流用通路１の主流３内に吐出され、主流３で断続的に引きちぎられることで、図３（ｆ）に示すように、二成分で構成されるＳＣ型の微液滴５またはマイクロカプセルが生成される。なお、ここでは副流合体用流路７が複数本（図では十二本）並んでいるので、同時に複数個（図示例では十二個）ずつ微液滴５やマイクロカプセルが生成される。 In the microreactor of this embodiment, as shown by the arrows in the figure, the substreams 4A and 4B having different components from the subflow inlets provided at the ends of the two subflow channels 2A and 2B, respectively. Flows into the two secondary flow channels 2A and 2B, the secondary flow 4A passes through the secondary flow channel 2A from the secondary flow reservoir portion 2D into each secondary flow merge channel 7 through the lower opening 7d. At the same time, the secondary flow 4B flows from the secondary flow reservoir 2C through the secondary flow passage 2B, passes through the communication passages 2E, and flows into the secondary flow coalescence channels 7 via the lower end opening 7e. As a result, the flow becomes concentric, and is squeezed at the upper end portion 7c of each of the sub-flow coalescence channels 7 and discharged into the main flow 3 of the main flow passage 1, and is intermittently torn off in the main flow 3, whereby FIG. As shown in FIG. 5, SC type microdroplets 5 or microcapsules composed of two components are generated. Here, since a plurality (twelve in the figure) of the sub-flow coalescence channels 7 are arranged, a plurality (twelve in the illustrated example) of microdroplets 5 and microcapsules are generated simultaneously.

従って、この実施形態のマイクロリアクターによれば、二成分で構成されるＳＣ型の微液滴５またはマイクロカプセルを多量に生成することができる。 Therefore, according to the microreactor of this embodiment, a large amount of SC-type microdroplets 5 or microcapsules composed of two components can be generated.

図３（ｅ）は、上記実施形態の一変形例を示す、図３（ｄ）と同様の位置での断面図であり、この変形例では、オリフィスプレートＰ２Ｂの各連通路２Ｅの上端部にパイプ８が設けられて、そのパイプ８が各副流合体用流路７の上端部７ｃ付近まで、同図では上下方向に延在しており、このパイプ８により副流Ｂを、各副流合体用流路７の上端部７ｃ付近まで誘導することができるので、より正確な断面積比で副流４Ａと副流４Ｂとを同心円状にして主流３内に吐出させることができる。 FIG. 3 (e) is a cross-sectional view at the same position as FIG. 3 (d), showing a modification of the above embodiment. In this modification, the upper end of each communication path 2E of the orifice plate P2B is shown. A pipe 8 is provided, and the pipe 8 extends in the vertical direction in the drawing to the vicinity of the upper end portion 7c of each sub-flow coalescence flow path 7. Since it can be guided to the vicinity of the upper end portion 7c of the coalescence channel 7, the substream 4A and the substream 4B can be discharged into the main stream 3 concentrically with a more accurate cross-sectional area ratio.

図４（ａ）は、上記実施形態の他の一変形例を示す、図３（ｄ）と同様の位置での断面図であり、この変形例のマイクロリアクターは、ＳＳＣ（シース／シース／コア）型の微液滴を生成するためのもので、三枚のオリフィスプレートＰ２Ａ，Ｐ２Ｂ，Ｐ２Ｃを具える点が先の変形例と異なっており、他の点は同様に構成されている。ここで、オリフィスプレートＰ２Ａ，Ｐ２Ｂは、図３（ａ）に示すものと同様に構成され、一番下のオリフィスプレートＰ２Ｃは、図３（ｅ）に示すオリフィスプレートＰ２Ｂと同様に各連通路２Ｆの上端部にパイプ８が設けられている。 FIG. 4 (a) is a cross-sectional view at the same position as FIG. 3 (d), showing another modification of the above embodiment. The microreactor of this modification has an SSC (sheath / sheath / core). ) Type microdroplets, which are different from the previous modification in that they include three orifice plates P2A, P2B, and P2C, and are otherwise configured in the same manner. Here, the orifice plates P2A and P2B are configured in the same manner as shown in FIG. 3A, and the bottom orifice plate P2C is connected to each communication passage 2F in the same manner as the orifice plate P2B shown in FIG. A pipe 8 is provided at the upper end of the.

かかる変形例のマイクロリアクターにあっては、三本の副流用流路２Ａ，２Ｂ，２Ｃに互いに成分が異なる副流４Ａ，４Ｂ，４Ｃが流入すると、副流４Ａが副流用流路２Ａから各副流合体用流路７内に下端部の開口部７ｄを介して流入し、同時に副流４Ｂが副流用流路２Ｂから各連通路２Ｅを通り各副流合体用流路７内に下端部の開口部７ｅを介して流入し合体して同心流となり、さらに副流４Ｃが副流用流路２Ｇから各連通路２Ｆおよび各パイプ８を通り各副流合体用流路７内に下端部の開口部７ｅを介して流入し、先の同心流と合体して三重の同心流となり、それが各副流合体用流路７の上端部７ｃで絞られて主流用通路１の主流３内に吐出され、主流３で断続的に引きちぎられることで、図４（ｂ）に示すように、三成分で構成されるＳＳＣ型の微液滴５またはマイクロカプセルが生成される。 In the microreactor of such a modification, when the substreams 4A, 4B, 4C having different components flow into the three substream channels 2A, 2B, 2C, the substream 4A flows from the substream channels 2A. The secondary flow 4B flows into the secondary flow merge channel 7 through the opening 7d at the lower end, and at the same time, the secondary flow 4B passes from the secondary flow channel 2B through the communication passages 2E and into each secondary flow merge channel 7. And flows into the concentric flow through the opening 7e, and the secondary flow 4C passes from the secondary flow channel 2G through the communication passages 2F and the pipes 8 into the secondary flow merge channel 7 at the lower end. It flows in through the opening 7e and merges with the previous concentric flow to form a triple concentric flow, which is throttled at the upper end portion 7c of each subflow merging flow path 7 and into the main flow 3 of the main flow passage 1. It is composed of three components as shown in FIG. 4 (b) by being discharged and intermittently torn off in the mainstream 3. SC-type microdroplets 5 or microcapsules are produced.

図５（ａ）〜（ｄ）は、この発明のマイクロリアクターで生成し得る各種微液滴またはマイクロカプセルを例示する断面図であり、図５（ａ）は、図１および図２に示すマイクロリアクターが生成するサイドバイサイド（ＳＢＳ）型の微液滴、図５（ｂ）は、図３に示すマイクロリアクターが生成するシース／コア（ＳＣ）型の微液滴またはマイクロカプセル、図５（ｃ）は、図３に示すマイクロリアクターが副流４Ｂとして液体やゲルの代わりに気体を用いて生成する中空シース（ＦＳ）型の微液滴またはマイクロカプセル、図５（ｄ）は、図４に示すマイクロリアクターが生成する三成分によるシース／シース／コア（ＳＳＣ）型の微液滴またはマイクロカプセルである。 FIGS. 5 (a) ~ (d) are cross-sectional views illustrating various microdroplets or microcapsules may be produced by the microreactor of the present invention, FIG. 5 (a), micro shown in FIGS. 1 and 2 Side-by-side (SBS) type microdroplets generated by the reactor, FIG. 5B is a sheath / core (SC) type microdroplet or microcapsule generated by the microreactor shown in FIG. 3, FIG. 3 is a hollow sheath (FS) type microdroplet or microcapsule generated by using a gas instead of liquid or gel as a side flow 4B by the microreactor shown in FIG. 3, FIG. 5 (d) is shown in FIG. Three-component sheath / sheath / core (SSC) type microdroplets or microcapsules generated by a microreactor.

次に、図１に示す実施形態のマイクロリアクターの具体的構成を示す一実施例を、図６〜図１２に基づいて説明する。ここに、図６（ａ），（ｂ）は、上記実施例のマイクロリアクターを示す平面図および縦断面図、図７は、その実施例のマイクロリアクターの構成を示す分解斜視図であり、この実施例のマイクロリアクターは、各々ステンレス鋼製の厚板からなるベースプレートＰ１およびオリフィスプレートＰ２と、ステンレス鋼製の薄板からなるスペーサープレートＰ３と、ガラス板からなるカバープレートＰ４と、そのカバープレートＰ４を押さえるアルミニウム製の厚板からなる押さえプレートＰ５との五枚のプレートを具え、それらのプレートは、互いに重ねあわされて図示しない八本のボルトで互いに締結されている。 Next, an example showing a specific configuration of the microreactor according to the embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 6A and 6B are a plan view and a longitudinal sectional view showing the microreactor of the above embodiment, and FIG. 7 is an exploded perspective view showing the configuration of the microreactor of the embodiment. The microreactor of the example includes a base plate P1 and an orifice plate P2 each made of a stainless steel thick plate, a spacer plate P3 made of a stainless steel thin plate, a cover plate P4 made of a glass plate, and a cover plate P4. There are five plates including a pressing plate P5 made of a thick aluminum plate, and these plates are overlapped with each other and fastened with eight bolts (not shown).

図８（ａ），（ｂ）は、上記ベースプレートＰ１を示す平面図および縦断面図、図８（ｃ），（ｄ）は、図８（ａ）中のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線にそれぞれ沿う断面図であり、この図８に示すように、ベースプレートＰ１には、そのベースプレートＰ１の上面に互いに並行して延在するよう形成されてオリフィスプレートＰ２で蓋をされる二本の溝によって二本の副流用流路２Ａ，２Ｂが設けられる他、主流用流路１の主流入口１ａおよび主流出口１ｂも設けられている。 8A and 8B are a plan view and a longitudinal sectional view showing the base plate P1, and FIGS. 8C and 8D are lines AA and BB in FIG. 8A. As shown in FIG. 8, the base plate P1 has two grooves formed on the upper surface of the base plate P1 so as to extend in parallel with each other and covered with the orifice plate P2. In addition to the two secondary flow channels 2A and 2B, the main flow inlet 1a and the main flow outlet 1b of the main flow channel 1 are also provided.

図９（ａ），（ｂ）は、上記オリフィスプレートＰ２を示す平面図および縦断面図、図９（ｃ），（ｄ）は、図９（ａ），（ｂ）中のＡ−Ａ線に沿う断面およびＢ部を拡大して示す断面図、図９（ｅ）は、図９（ｃ），（ｄ）に示す各副流合体用流路７の詳細図であり、この図９に示すように、オリフィスプレートＰ２には、そのオリフィスプレートＰ２の図９（ｂ）では下面から上面まで貫通するよう形成された貫通孔によって、オリフィスプレートＰ２の幅方向に並んだ複数本（図では七本）の副流合体用流路７が設けられ、ここで、各副流合体用流路７の下端部は二本の副流用流路２Ａ，２Ｂに跨るように拡径され、これにより各副流合体用流路７の下端部は、互いに横並びに位置して二本の副流用流路２Ａ，２Ｂにそれぞれ連通する開口部７ａ，７ｂを有している。またオリフィスプレートＰ２の、図９（ｂ）では上面には、スペーサープレートＰ３に設けられた後述の主流用流路１と重なって主流用流路１の下部を形成する、図では右下がりに僅かに深くなる浅い溝１と、ベースプレートＰ１の主流入口１ａおよび主流出口１ｂにそれぞれ連通する貫通孔１とが設けられており（便宜上それらも符号１で示す）、その溝１は、副流合体用流路７の上端部７ｃの位置で途切れて、その位置で主流用流路１の厚さをスペーサープレートＰ３の厚さまで薄くしている。 9A and 9B are a plan view and a longitudinal sectional view showing the orifice plate P2, and FIGS. 9C and 9D are AA lines in FIGS. 9A and 9B. FIG. 9E is a detailed view of each of the sub-merging channels 7 shown in FIGS. 9C and 9D. FIG. As shown in FIG. 9, the orifice plate P2 includes a plurality of orifice plates P2 arranged in the width direction of the orifice plate P2 (seven in the figure) by through holes formed so as to penetrate from the lower surface to the upper surface in FIG. 9B. The secondary flow merge channel 7 is provided, and the lower end portion of each secondary flow merge channel 7 is expanded so as to straddle the two secondary flow channels 2A and 2B. The lower end portions of the subflow merge channel 7 are located side by side and communicate with the two subflow channels 2A and 2B, respectively. Mouth 7a, and a 7b. Further, the upper surface of the orifice plate P2 in FIG. 9B is overlapped with a later-described mainstream channel 1 provided on the spacer plate P3 to form a lower portion of the mainstream channel 1 in the figure. And a through hole 1 communicating with the main inlet 1a and the main outlet 1b of the base plate P1 respectively (for convenience, they are also indicated by reference numeral 1). At the position of the upper end portion 7c of the flow path 7, the thickness of the main flow flow path 1 is reduced to the thickness of the spacer plate P3 at that position.

図１０は、上記スペーサープレートＰ３を示す平面図であり、この図１０に示すように、スペーサープレートＰ３には、その中央部に図１０では左右方向へ延在するよう形成されてオリフィスプレートＰ２とカバープレートＰ４とにより上下を蓋される空間により、一本の扁平な主流用流路１が設けられ、各副流合体用流路７の上端部７ｃは縮径されて、その主流用流路１に連通している。なお、スペーサープレートＰ３の厚さは、例えば０．０５ｍｍ、０．１０ｍｍ、０．２０ｍｍのうちから選択することができる。 FIG. 10 is a plan view showing the spacer plate P3. As shown in FIG. 10, the spacer plate P3 is formed at the center thereof so as to extend in the left-right direction in FIG. One flat main flow channel 1 is provided by a space that is covered by the cover plate P4, and the upper end portion 7c of each sub-flow coalescence channel 7 is reduced in diameter so that the main flow channel is provided. 1 communicates. The thickness of the spacer plate P3 can be selected from, for example, 0.05 mm, 0.10 mm, and 0.20 mm.

図１１は、上記カバープレートＰ４を示す平面図であり、この図１１に示すようにカバープレートＰ４は、主流用流路１を観察できるよう全体に透明とされていて、ボルト孔だけが設けられている。 FIG. 11 is a plan view showing the cover plate P4. As shown in FIG. 11, the cover plate P4 is transparent so that the main flow channel 1 can be observed, and only the bolt holes are provided. ing.

図１２は、上記押さえプレートＰ５を示す平面図であり、この図１２に示すように押さえプレートＰ５は、主流用流路１を観察できるよう、概ね主流用流路１の全体に亘る抜き穴と、ボルト孔とが設けられている。 FIG. 12 is a plan view showing the presser plate P5. As shown in FIG. 12, the presser plate P5 has a hole extending over the entire main flow channel 1 so that the main flow channel 1 can be observed. Bolt holes are provided.

かかる構成を具えるこの実施例のマイクロリアクターによれば、先の図１に示す実施形態と同様にして、二成分で構成されるＳＢＳ型の微液滴５を多量に生成することができる。 According to the microreactor of this example having such a configuration, it is possible to generate a large amount of SBS type microdroplets 5 composed of two components in the same manner as the embodiment shown in FIG.

以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更し得るものであり、例えば各副流合体用流路の本数や配置は、適宜変更することができる。そして、この発明のマイクロリアクターの適用対象の流体は、液体に限られず、例えば先の中空シース型の液滴またはマイクロカプセルの場合のように気体（反応用ガスや不活性ガス等）であっても良い。 As mentioned above, although demonstrated based on the example of illustration, this invention is not limited to the above-mentioned example, It can change suitably within the description range of a claim, for example, each flow path for submerged flows The number and arrangement can be changed as appropriate . The fluid application of the microreactor of the present invention is not limited to a liquid, for example a gas as in the previous case of a hollow sheath of droplets or microcapsules (reactant gas and an inert gas, etc.) Also good.

かくしてこの発明のマイクロリアクターによれば、複数成分で構成される微液滴やマイクロカプセルを所望の構成や構造で生成することができるとともに、その副流合体用流路を多数設けることで容易に、上記複数成分で構成される微液滴やマイクロカプセルを多量に生成することができる。 Thus, according to the microreactor of the present invention, microdroplets and microcapsules composed of a plurality of components can be generated with a desired configuration and structure, and easily provided by providing a large number of sub-merging channels. A large amount of fine droplets and microcapsules composed of the above-mentioned plural components can be generated.

（ａ）は、この発明のマイクロリアクターの一実施形態を示す縦断面図、（ｂ）は、（ａ）中のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｃ）は、その実施形態のマイクロリアクターが生成する微液滴を示す平面図である。(A) is a longitudinal sectional view showing an embodiment of the microreactor of the present invention, (b) is a sectional view taken along line AA in (a), and (c) is a microreactor of the embodiment. It is a top view which shows the micro droplet which produces | generates. （ａ）は、上記実施形態の一変形例を示す縦断面図、（ｂ）は、（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は、その変形例のマイクロリアクターが生成する微液滴を示す平面図である。(A) is a longitudinal sectional view showing a modification of the above embodiment, (b) is a sectional view taken along line BB in (a), and (c) is generated by a microreactor of the modification. It is a top view which shows the fine droplet to do. （ａ）は、この発明のマイクロリアクターの他の一実施形態を示す縦断面図、（ｂ）は、（ａ）中のＣ−Ｃ線に沿う断面図、（ｃ）は、（ａ）中のＤ−Ｄ線に沿う断面図、（ｄ）は、（ａ）中の一本の副流合体用流路を示す縦断面図、（ｅ）は、上記実施形態の一変形例を示す、（ｄ）と同様の位置での断面図、（ｆ）は、上記実施形態およびその変形例のマイクロリアクターが生成する微液滴を示す平面図である。(A) is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the microreactor of the present invention, (b) is a sectional view taken along the line CC in (a), and (c) is in (a). A sectional view taken along the line D-D, (d) is a longitudinal sectional view showing one flow path for submerged coalescence in (a), and (e) is a modification of the embodiment, Sectional drawing in the same position as (d), (f) is a top view which shows the micro droplet which the microreactor of the said embodiment and its modification produces | generates. （ａ）は、上記実施形態の他の一変形例を示す、図３（ｄ）と同様の位置での断面図、（ｂ）は、その変形例のマイクロリアクターが生成する微液滴を示す平面図である。(A) is a cross-sectional view at the same position as FIG. 3 (d), showing another modification of the above embodiment, and (b) shows fine droplets generated by the microreactor of the modification. It is a top view. （ａ）〜（ｄ）は、この発明のマイクロリアクターで生成し得る各種微液滴またはマイクロカプセルを例示する断面図である。(A)- (d) is sectional drawing which illustrates the various microdroplets or microcapsule which can be produced | generated with the microreactor of this invention. （ａ），（ｂ）は、図１に示す実施形態を具体的に構成したマイクロリアクターの一実施例を示す平面図および縦断面図である。(A), (b) is the top view and longitudinal cross-sectional view which show one Example of the microreactor which specifically comprised embodiment shown in FIG. 上記実施例のマイクロリアクターの構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the microreactor of the said Example. （ａ），（ｂ）は、上記実施例のマイクロリアクターのベースプレートを示す平面図および縦断面図、（ｃ），（ｄ）は、（ａ）中のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線にそれぞれ沿う断面図である。(A), (b) is the top view and longitudinal cross-sectional view which show the base plate of the micro reactor of the said Example, (c), (d) is the AA line and BB line in (a). It is sectional drawing which each follows. （ａ），（ｂ）は、上記実施例のマイクロリアクターのオリフィスプレートを示す平面図および縦断面図、（ｃ），（ｄ）は、（ａ），（ｂ）中のＡ−Ａ線に沿う断面およびＢ部を拡大して示す断面図、（ｅ）は、（ｃ），（ｄ）に示す各副流合体用流路の詳細図である。(A), (b) is the top view and longitudinal cross-sectional view which show the orifice plate of the microreactor of the said Example, (c), (d) is the AA line in (a), (b). Sectional drawing which expands and shows a B section, (e) is detail drawing of each flow path for submerged coalescence shown in (c) and (d). 上記実施例のマイクロリアクターのスペーサープレートを示す平面図である。It is a top view which shows the spacer plate of the microreactor of the said Example. 上記実施例のマイクロリアクターのカバープレートを示す平面図である。It is a top view which shows the cover plate of the microreactor of the said Example. 上記実施例のマイクロリアクターの押さえプレートを示す平面図である。It is a top view which shows the pressing plate of the microreactor of the said Example. （ａ），（ｂ），（ｃ）は、従来の微液滴を作る方法のうち、Ｔ字交差流路を用いる方法、Ｙ字交差流路を用いる方法、フォーク状交差流路を用いる方法をそれぞれ示す説明図である。(A), (b), and (c) are methods of using a T-shaped cross flow channel, a method using a Y-shaped cross flow channel, and a method using a fork-shaped cross flow channel, among conventional methods of making fine droplets. It is explanatory drawing which shows each. 従来の微液滴を作る方法のうち、微小孔噴出方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the micropore ejection method among the methods of making the conventional microdroplet.

Explanation of symbols

１主流用流路
１ａ主流入口
１ｂ主流出口
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｇ副流用流路
２ａ，２ｂ副流入口
２Ｃ，２Ｄ副流溜め部
２Ｅ，２Ｆ連通路
３主流
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ副流
５微液滴
６
７副流合体用流路
７ａ，７ｂ，７ｄ，７ｅ開口部
７ｃ上端部
８パイプ
Ｐ１ベースプレート
Ｐ２，Ｐ２Ａ，Ｐ２Ｂ，Ｐ２Ｃオリフィスプレート
Ｐ３スペーサープレート
Ｐ４カバープレート
Ｐ５押さえプレート DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main flow path 1a Main inflow port 1b Main outflow port 2,2A, 2B, 2G Subflow path 2a, 2b Sub inflow port 2C, 2D Sub flow reservoir 2E, 2F Communication path 3 Main flow 4, 4A, 4B, 4C Flow 5 Fine droplet 6
7 Sub-flow coalescence flow path 7a, 7b, 7d, 7e Opening 7c Upper end 8 Pipe P1 Base plate P2, P2A, P2B, P2C Orifice plate P3 Spacer plate P4 Cover plate P5 Holding plate

Claims

A main flow channel formed in the first plate so as to extend along the plate;
A plurality of secondary flow channels formed on the second plate so as to extend along the plate;
The first plate and the second plate are overlapped with the first plate and are formed on the third plate located between the first plate and the second plate so as to extend in the thickness direction, and are located at least at one end. A plurality of openings in the arrangement communicate with the plurality of subflow channels and the other end communicates with the main flow channel, and fluids from the plurality of substream channels are combined with each other to generate a parallel flow. A sub-flow coalescence flow channel that flows into the main flow flow channel as
A microreactor comprising

2. The microreactor according to claim 1, wherein the plurality of openings are arranged side by side at the one end of the sub-flow coalescence channel.

2. The microreactor according to claim 1, wherein the plurality of openings are concentrically positioned with respect to the one end of the sub-flow coalescence channel.